GSM系统概述 - 通信人家园

移动通信系统由于综合利用有线和无线传输方式，能满足人们在活动中与固定终端或其它移动载体上的对象进行通信的要求。特别是移动互联网，能满足人们在活动中掌握大量的实时信息，从而大大地提高工作效率，产生巨大的社会效益和经济效益。当今世界以进入信息时代，高效益的生产和活动，促使人们更珍惜时间，也促使移动通信在技术上和理论上向更高水平发展，现今，移动通信已成为现代通信网中不可缺少的手段。

移动通信的发展，可以追溯到本世纪20年代。这个时期主要完成通信实验和电波传输实验工作，在短波段上实现了小容量专用移动通信系统，其话音质量差，自动化程度低，一般不能与公众网连接。从40年代到60年代，各种移动通信系统相继建立，在技术上实现了移动电话系统和公众电话网的连接。70年代中期以后，民用移动通信用户数量增加，业务范围扩大，频率资源和可用频道数之间的矛盾日益尖锐。这个时期的移动通信的发展，重点在于开发新频段、论证新方案和有效利用频谱等方面的研究工作。

蜂窝组网原理由美国贝尔实验室提出，是移动通信发展引发的构想，代表一种构造移动通信网的完全不同的方法。蜂窝组网的目的是解决常规移动通信系统频谱匮乏、容量小、服务质量差及频谱利用率低等问题。蜂窝组网理论为移动通信技术的发展和新一代多功能设备的产生奠定了基础。蜂窝组网思想的要点如下：

蜂窝组网放弃了点对点传输和广播覆盖模式，将一个移动通信服务区划分成许多以正六边形为基本几何图形的覆盖区域，称为蜂窝小区。一个较低功率的发射机服务一个蜂窝小区，在较小的区域内设置相当数量的用户。根据不同制式系统和不同的用户密度挑选不同类型小区。基本的小区类型有(r为小区半径)：

蜂窝系统的基站工作频率，由于传输损耗提供了足够的隔离度，在相隔一定距离的另一个基站可以重复使用同一组工作频率，称为频率复用。频率复用能够从有限的原始频率分配中产生几乎无限的可用频率，是实现无限系统容量的极好方法。

多波道共用技术利用波道占用的间断性，使许多用户能任意地、合理地选择波道，提供波道利用率。事实上不是所有的呼叫都能在一个蜂窝小区内完成全部接续业务的，蜂窝系统必须具有频道转接即越区切换的功能。

移动信息通过基站和交换机进入公众电信网或其它移动网，实现移动用户与市话用户、移动用户与移动用户，以及移动用户与长途用户之间的通信。互联使移动无线网适应公众网的标准，突破业务区域限制；也使公众网的服务范围得到扩大和延伸。

蜂窝移动通信利用了无线通信、有线通信和计算机通信的最新技术成果，是技术密集的新的移动通信方式。80年代初，一种以微型计算机和移动通信结合，以频率复用、多波道共用技术和全自动地接入公共电话网的小区制、大容量蜂窝式移动通信系统，在美国、日本和瑞典等国家先后投入使用。1979年，美国在芝加哥开始进行AMPS（Advanced Mobile Phone System）蜂窝系统的汽车电话实验，并于1983年正式开通业务。这一系统的发展十分迅速，年增长率达30%~40%。这一系统的特征是使用频分多址（FDMA）接入技术，在移动信道中传输调频模拟信号。除AMPS系统外，英国的TACS（Total Access Communications System）、北欧的NMT（Nordic Mobile Telephone）、日本的HCMTS（High Capacity Telephone System）、德国的C网系统也都是模拟系统，为第一代移动通信系统。

虽然模拟移动通信系统发展很快，但模拟系统在技术上存在局限性，如容量小，不能提供非话业务，语音传输质量不高，保密性差，难以和综合业务数字网接口（ISDN），而且设备不能实现小型化，制式不统一，这些因素限制了模拟系统的进一步发展，因此，一些发达国家70年代初就着手考虑数字系统的开发。

1982年，欧洲邮电管理委员会（CEPT）成立了移动通信特别小组GSM（Group Special Mobile），开发数字移动通信技术。1987年，GSM就泛欧数字蜂窝系统的GSM规范达成一致意见。1991年，GSM数字蜂窝式移动通信系统在欧洲问世，从此，移动通信跨入了第二代。随着设备的开发和数字蜂窝通信网的建立，GSM逐渐成为欧洲蜂窝移动通信系统的代名词，即Global System for Mobile Communications. GSM的一个突出特点是具有严密的接口技术规范，各种接口协议明确，即只要按照GSM标准制造的设备都可以适配互联，构成一个优化网络。另一个特点是GSM的规范原则与ISDN的原则相一致，具有ISDN的功能，保证ISDN与GSM网络的融通。与模拟系统相比，数字系统容量大、频谱利用率高、通信质量好、业务种类多、保密性高、抗灾性能强、终端小巧轻便、成本低。除泛欧GSM/DCS1800以外，北美ADC及CDMA、日本PDC等制式也同属数字蜂窝系统。

我国民用移动通信系统的发展大致分为早期、中期、与近期三个阶段。50年代至70中期为军用台想民用台开发时期，主要用于公安、邮电、交通、渔业等部门。自1974年至1980年初，制定了通用技术条件，开始研制频道间隔为50KHz的74系列产品。1980年制定了频道间隔为25 KHz的性能指标、测试方法和环境要求等部分标准，开始了80系列产品的研制，并引进组装450M Hz频段、25 KHz大区制设备。1987年以来，我国公众移动通信发展很快，先后在北京、上海、广州等地开通了小区制、大容量蜂窝移动通信业务。

比较国际上成熟的900M Hz频段公用移动通信系统，英国的TACS系统具有占有频道宽度教窄（25 KHz）、信令传输速度快等优点，我国模拟移动通信系统采用TACS制。1995年，我国建成TACS制式网，并实现了全国联网漫游。

典型的蜂窝移动通信系统组成图1-1所示，移动通信服务区由许多正六边形小区覆盖形成，呈蜂窝状，通过接口与公众通信网互联。蜂窝移动通信系统由移动交换机（MSC），基站（BTS），基站控制器（BSC），移动台（MS）及局间和基站间的中继线组成。它是一个有线，无线相结合的综合通信系统。基站与移动台间采用无线传输方式。基站与交换机，交换机与地面网之间一般以有线方式进行信息传输。交换机与基站担负信息的交换和接续以及对无线信道的控制等。基站与移动台都有收发信机和天线。每个基站都有一个由发送和天线高度所确定的地理覆盖范围，称为基站覆盖区。由多个覆盖区组成全系统的服务区。

移动通信的特点带来了不少特殊的问题，例如：电波800MHz，900MHz，1.9GHz的传播特性的统计分析与场强计算；在有限的频带内如何最有效地利用频谱；窄带和宽带数字调制技术的研究以及新型移动通信体制的研究；系统的抗干扰问题；移动台和基站的小型化，轻便化，低功耗；弱电场区措施；移动通信与其它通信系统相结合等等。结合上述主要技术问题，移动通信今后的发展动向主要有以下几个方面：

为适应移动通信发展的需要，1979年日内瓦无线电会议决定把（800-900）MHz频段分配给移动通信业务。现今，世界各国不仅已建成和大量使用（800-900）MHz频段的蜂窝移动通信系统，而且也在开发和使用（1-2）GHz甚至更高频段的技术。

利用卫星进行移动通信有覆盖面大，信号稳定，不受地形地貌影响，不受距离限制等特点，可以把海，陆，空三种通信对象有机地综合到一个统一通信网络中，人们对这一课题也正在进行研究。

个人通信是80年代末提出的实现人类在21世纪对通信发展的理想，是实现任何人（Whoever）在任何时间(Whenever)、任何地点(Whereever)，能够向任何其他人（Whomever）传送任何信息((Whatever)的通信。个人通信网是实现个人通信的电信网络。在这个网中，没个人有一个个人识别码（PIN），跨越多个网络家里自己所需业务的通信连接，把“服务到终端”推向“服务到个人”，在任何位置、网络和终端上均能发起和接受呼叫。

无线个人通信网是以无线媒质作为接入和传输手段的的个人通信网，包括高密度慢速移动通信、高速远距离移动通信以及卫星移动通信等，是当前移动通信发展的重点。无线个人的研究主要分为两大流派：以ITU和欧洲为代表的流派试图以统一的标准（IMT-2000/UMTS）来实现个人通信；以美国为代表的流派强调个人通信业务，而对实现非人通信的系统标准不加限制,目前已采用 7种接口标准，这些标准所对应的系应用于不同的环境、支持不同的业务、相互之间没有联系，因而要实现系统互连是困难的。除此之外，还有不同的卫星移动系统。

IMT-2000是为满足无线个人通信的近期目标进行设计的、包括地面和卫星移动通的综合移动通信系统，在ITU，即称第三代网络为IMT-2000，在欧洲，则称为UMTS（Universal Mobile Telecommunications System），IMT-2000空中接口的主要目标为：

欧洲第三代移动通信所确定的技术标准格局，体现了国际标准一致性以便实现不同网络间漫游的初衷，同时也照顾到不同网络运营商向第三代系统演进的个性，是一个技术与市场需求相结合的方案，为第三代系统在全球的顺利构筑提供了基础。

GSM的巨大成功对将对第三代在欧洲的标准产生重大的影响，如何考虑现有 GSM网向第三代移动通信演进的策略，已经是十分紧迫的问题。 GPRS（General Packet Radio Service）是 GSM向第三代移动通信系统平滑过渡的一个重要环节，GPRS对 GSM及 3G的前后向兼容性能够充分保护运营商和移动用户的利益。从 GSM演进到UMTS，GPRS是一个非常关键的阶段，GPR属二代半系统。

GPRS是一种用于 GSM的标准化分组交换数据业务，它使移动通信与数据通信相结合，将基于 Internet协议的业务引入移动通信市场，使得互联网手机成为可能。通过移动终端、用户可以进入自己公司的 Internet或任意一个 ISP， GPRS可从移动终端到 ISP的服务器建立端到端的 IP连接。 GPRS用户可以不用连续占用专用的无线信道而保持在线状态，只有当数据包发送或接收的时候系统才会分配无线信道，这使得无线带宽的使用十分高效，同时还允许多个用户共享给定的无线带宽。通过与现有数据业务的无缝互连，利用 TCP／IP和 X．25等接口， GPRS将支持从低速短消息到高速企业局域网通信广泛应用，其最高数据传输速率可达115kbit／s。GPRS是在 GSM向第三代移动通信系统过渡时期，提供数据和多媒体业务的一种可行方案。而且在第三代系统出现时，对于那些还没有经营权的运营商来说， GPRS也使他们具有采用第二代系统向用户提供高数据业务的竞争能力。