GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)

　　模擬蜂窩移動(dòng)通信業(yè)務(wù)自推出后發(fā)展非常迅速，但隨著業(yè)務(wù)的激增，在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家和地區(qū)，其通信容量不足的缺點(diǎn)很快顯露出來；同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)終端的廣泛應(yīng)用，非話數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)需求日益增多，而模擬蜂窩通信網(wǎng)則無(wú)法滿足這種需求。因此，人們開始尋求一種通信容量更大并適合數(shù)據(jù)通信的新型移動(dòng)通信系統(tǒng)，GSM(Global System for Mobile communications)就是在此背景下誕生的。

一、GSM的發(fā)展過程

　　GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)是由歐洲的主要電信運(yùn)營(yíng)商和制造商組成的標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)設(shè)計(jì)的，以TDMA(時(shí)分多址)+FDMA(頻分多址)的方式實(shí)現(xiàn)多用戶的通信，容量較模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)有了很大的提高。GSM的管理者是歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ETSI)，這個(gè)組織不僅包括管理組織者，還包括工業(yè)界人士、用戶團(tuán)體和運(yùn)營(yíng)商，因此保證了每一次的技術(shù)更新都能有的放矢。

　　GSM是在1982年提出標(biāo)準(zhǔn)的，到1992年，歐洲各大運(yùn)營(yíng)商開始提供GSM900服務(wù)。從1990年起，GSM網(wǎng)絡(luò)開始向歐洲以外的國(guó)家和地區(qū)擴(kuò)展，至今已有100多個(gè)國(guó)家獲得GSM運(yùn)營(yíng)執(zhí)照，GSM成為迄今為止使用國(guó)家最多、用戶最普及、設(shè)備供應(yīng)商最多的移動(dòng)通信系統(tǒng)。我國(guó)于1993年在浙江嘉興開始興建GSM實(shí)驗(yàn)網(wǎng)，1994年10月中國(guó)聯(lián)通開始建設(shè)GSM通信網(wǎng)，目前，GSM已成為我國(guó)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的主體，中國(guó)的GSM網(wǎng)絡(luò)已是全世界最大的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，為國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。

　　雖然CDMA和第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)等其他移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展非常迅速，但是GSM已有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)加上其本身技術(shù)的不斷進(jìn)步，可以預(yù)見，在未來的數(shù)年內(nèi)，GSM仍將保持世界移動(dòng)通信領(lǐng)域的統(tǒng)治地位。

二、GSM的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　與通常的移動(dòng)通信系統(tǒng)一樣，GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)也由移動(dòng)臺(tái)子系統(tǒng)、基站子系統(tǒng)和交換子系統(tǒng)組成。GSM系統(tǒng)還有運(yùn)行子系統(tǒng)。下面分別予以介紹。

　　1.移動(dòng)臺(tái)子系統(tǒng)

　　移動(dòng)臺(tái)是與用戶最為接近的子系統(tǒng)，也是用戶最為熟悉的設(shè)備。它除了通過無(wú)線接口接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一般的無(wú)線處理外，還提供與用戶的接口(如送話器、受話器、顯示器和鍵盤)和與其他終端設(shè)備的接口(電腦接口、SIM卡接口等)。移動(dòng)臺(tái)子系統(tǒng)包括移動(dòng)設(shè)備(即手機(jī))和SIM卡部分。SIM卡除了用于信息存儲(chǔ)外，還有保密功能，是用戶識(shí)別、位置管理和通信保密的主要設(shè)備，幾乎是所有通信(除應(yīng)急通信)必需的部分。通過SIM卡進(jìn)行用戶識(shí)別和通信保密是GSM相對(duì)于模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)的一個(gè)重要革新。

　　2.基站子系統(tǒng)

　　基站子系統(tǒng)包括GSM無(wú)線蜂窩特有的基礎(chǔ)設(shè)施。它一方面通過無(wú)線接口(包括在無(wú)線鏈路上的發(fā)送、接收及管理等設(shè)備)與移動(dòng)臺(tái)直接連接；另一方面與網(wǎng)絡(luò)和交換子系統(tǒng)的交換機(jī)連接：同時(shí)，還與運(yùn)行和維護(hù)子系統(tǒng)相連�；�站子系統(tǒng)的傳輸設(shè)備是BTS(基站收發(fā)臺(tái))，負(fù)責(zé)與移動(dòng)臺(tái)聯(lián)系；管理設(shè)備是BSC(基站控制器)，可以管理10多個(gè)BTS，負(fù)責(zé)與其他設(shè)備聯(lián)系�；�站子系統(tǒng)將無(wú)線信號(hào)轉(zhuǎn)換為有線信號(hào)并交給交換子系統(tǒng)處理。

　　3.交換子系統(tǒng)

　　交換子系統(tǒng)完成GSM的主要交換功能，由MSC(移動(dòng)交換中心)、HLR(歸屬位置寄存器)、VLR(訪問位置寄存器)、GMSC(網(wǎng)關(guān)移動(dòng)交換中心)組成，共同管理GSM用戶與其他電信網(wǎng)絡(luò)用戶之間的通信，并管理用戶數(shù)據(jù)和移動(dòng)性所需的數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　4.運(yùn)行子系統(tǒng)

　　運(yùn)行子系統(tǒng)由OMC(操作維護(hù)中心)、計(jì)費(fèi)中心、EIR(設(shè)備識(shí)別寄存器)等組成，完成整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行管理。

三、GSM的業(yè)務(wù)功能

　　GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)能提供多種不同類型的業(yè)務(wù)，基本上可以分為電話業(yè)務(wù)和數(shù)字業(yè)務(wù)(也稱非話業(yè)務(wù))。前者傳輸?shù)氖且纛l范圍的語(yǔ)音信號(hào)；后者傳輸?shù)氖窃捯粢酝獾钠渌�信�?hào)，如文字、圖像、傳真、計(jì)算機(jī)文件等，其典型應(yīng)用是短消息業(yè)務(wù)。

　　1.電話業(yè)務(wù)

　　GSM為系統(tǒng)用戶和其他所有與其聯(lián)網(wǎng)的用戶提供雙向話音通信。電話業(yè)務(wù)是目前為止數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)最重要的業(yè)務(wù)。電話業(yè)務(wù)還引伸出語(yǔ)音信箱業(yè)務(wù)，這在一定程度上提高了網(wǎng)絡(luò)效率，為用戶帶來了方便。

　　2.數(shù)字業(yè)務(wù)

　　GSM系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初，就是按照ISDN(綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng))的模式計(jì)劃提供各種數(shù)字業(yè)務(wù)的，因此，現(xiàn)行的GSM系統(tǒng)基本上包含了大部分為固定電話用戶和ISDN用戶提供的數(shù)字業(yè)務(wù)。GSM系統(tǒng)還可以接入其他網(wǎng)絡(luò)，如分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)，從而得到這些網(wǎng)絡(luò)提供的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS(通用分組無(wú)線業(yè)務(wù))正是這種應(yīng)用的最好體現(xiàn)，現(xiàn)在它被稱作2.5代移動(dòng)通信技術(shù)，最大傳輸速率可達(dá)170kbit/s左右，應(yīng)用廣泛。目前，最新的GSM技術(shù)已經(jīng)將數(shù)據(jù)傳送速率提高到384kbids，達(dá)到第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本速率，可以傳送動(dòng)態(tài)畫面。

　　3.短消息業(yè)務(wù)

　　點(diǎn)對(duì)點(diǎn)短消息傳送是GSM首創(chuàng)的數(shù)字業(yè)務(wù)，使得用戶可以發(fā)出或接收有一定長(zhǎng)度限制的數(shù)字或文字信息。雖然這一業(yè)務(wù)與尋呼業(yè)務(wù)相似，但它具有雙向通信能力，網(wǎng)絡(luò)端可以知道被叫方是否已經(jīng)收到消息，甚至可以將這個(gè)消息通知主叫方。短消息如果遇信道擁塞或系統(tǒng)忙而導(dǎo)致傳送失敗，GSM系統(tǒng)會(huì)在一定時(shí)間內(nèi)保留消息并自動(dòng)重發(fā)，直到被叫方收到。收發(fā)短消息和用的是空閑信道，所以運(yùn)營(yíng)商可以很低的成本提供這一業(yè)務(wù)，相應(yīng)地，用戶使用費(fèi)也很低。短消息已經(jīng)成為SM系統(tǒng)提供的一個(gè)十分重要的業(yè)務(wù)。時(shí)下非常流行的彩信業(yè)務(wù)是短消息業(yè)務(wù)的發(fā)展，在網(wǎng)絡(luò)和特定功能的手機(jī)支持下，可以傳送彩色照片等多媒體業(yè)務(wù)。

　　4.補(bǔ)充業(yè)務(wù)

　　補(bǔ)充業(yè)務(wù)主要指允許用戶按照自己的需要改變網(wǎng)絡(luò)對(duì)其呼入和呼出的處理，或者網(wǎng)絡(luò)通過提供某一種信息讓用戶能夠智能化地利用一些常規(guī)業(yè)務(wù)，如呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫限制、多方通話、閉合用戶群等。

四、GSM主要信道

　　GSM系統(tǒng)在每個(gè)小區(qū)使用8個(gè)頻點(diǎn)，每個(gè)頻點(diǎn)分為8個(gè)時(shí)隙，這樣每個(gè)小區(qū)有64個(gè)信道。主要信道分為專用信道和公用信道，分配在每個(gè)小區(qū)的64個(gè)信道中。專用信道有TCH(業(yè)務(wù)信道)、SACCH(慢速輔助控制信道)和SDCCH(獨(dú)立專用控制信道)；公用信道有FCCH(頻率校正信道)、SCH(同步信道)、BCCH(廣播控制信道)、PCH(尋呼信道)、AGCH(允許接入信道)和RACH(隨機(jī)接入信道)。

　　TCH是GSM業(yè)務(wù)的承載信道，又可分為TCH/F、TCH/H和TCH/8，分別對(duì)應(yīng)不同速率的業(yè)務(wù)。SACCH用于移動(dòng)臺(tái)和基站之間一些特定信令的傳輸。SDCCH傳輸移動(dòng)臺(tái)與基站之間的連接和信道分配的信令，起控制作用。每個(gè)蜂窩都有一個(gè)BCCH，用于廣播與這個(gè)蜂窩小區(qū)相關(guān)的所有信息，供處于空閑模式的手機(jī)進(jìn)行偵聽，它是一個(gè)基站發(fā)出的下行單向信道。SCH和FCCH是移動(dòng)臺(tái)與基站保持通信同步的公用信道，根據(jù)系統(tǒng)情況可以與BCCH合在一個(gè)信道中。PCH和AGCH也可合稱為PAGCH，基站通過廣播尋呼消息通知移動(dòng)臺(tái)對(duì)它的呼叫已經(jīng)建立，包括來自移動(dòng)臺(tái)的申請(qǐng)和來自基站的應(yīng)答，也是單向下行信道。RACH是移動(dòng)臺(tái)將接入申請(qǐng)傳給網(wǎng)絡(luò)的單向上行信道。

五、GSM的通信過程

　　1.開機(jī)

　　移動(dòng)臺(tái)完成開機(jī)需要經(jīng)過下列過程：移動(dòng)臺(tái)讀取SIM卡中的用戶數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給最近的基站。基站收到數(shù)據(jù)后，根據(jù)手機(jī)的IMSI(國(guó)際移動(dòng)臺(tái)識(shí)別號(hào)碼)向其歸屬地的HLR進(jìn)行查詢，如果屬于正常用戶，就分配給移動(dòng)臺(tái)一個(gè)TMSI(臨時(shí)移動(dòng)臺(tái)識(shí)別號(hào)碼)，如果移動(dòng)臺(tái)處于漫游狀態(tài)，則在其VLR中同時(shí)進(jìn)行位置登記，即完成開機(jī)過程。

　　2.待機(jī)

　　每個(gè)移動(dòng)臺(tái)在開機(jī)后都處于待機(jī)過程。在這個(gè)過程中，系統(tǒng)根據(jù)移動(dòng)臺(tái)的情況，完成越區(qū)切換和新的位置登記，如果需要還將分配新的TMSI號(hào)碼，保持移動(dòng)臺(tái)與最近的基站子系統(tǒng)的聯(lián)系，并不斷通過BCCH通知移動(dòng)臺(tái)其所在小區(qū)的信道情況。移動(dòng)臺(tái)通過接收SCH和FCCH的信息，保持與基站通信的同步。在待機(jī)過程中，移動(dòng)臺(tái)不占用信道資源。

　　3.呼出

　　用戶在移動(dòng)臺(tái)上完成呼叫號(hào)碼的輸入并開始發(fā)送時(shí)，呼出過程開始。移動(dòng)臺(tái)首先通過RACH發(fā)送接入請(qǐng)求給基站，基站子系統(tǒng)根據(jù)BCCH發(fā)布的信道信息為移動(dòng)臺(tái)分配一個(gè)最為合適的TCH，通過PAGCH信道通知移動(dòng)臺(tái)，同時(shí)通過系統(tǒng)的協(xié)調(diào)完成需要的區(qū)域切換過程。保證信道連續(xù)性。在信道分配完成后，將呼出的號(hào)碼通過交換子系統(tǒng)接入公共電話網(wǎng)絡(luò)，通過這個(gè)網(wǎng)絡(luò)建立呼叫，為用戶提供話音服務(wù)。

　　4.呼入

　　系統(tǒng)在收到對(duì)某個(gè)移動(dòng)臺(tái)的呼叫請(qǐng)求后，首先通過查詢HLR和VLR找到移動(dòng)臺(tái)所在的小區(qū)，然后由基站根據(jù)BCCH的信道分配情況給移動(dòng)臺(tái)分配一個(gè)合適的信道，并通過PAGCH通知移動(dòng)臺(tái)建立信道，再通過這個(gè)信道將振鈴信息傳遞給移動(dòng)臺(tái)，移動(dòng)臺(tái)用戶摘機(jī)后，呼入建立成功。