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GSM全球移动通信系统

发布时间:2020-02-12 19:52:21 阅读: 来源:PBT厂家

全球移动通讯系统Global System of Mobile communication就是众所周知的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。GSM标准的无处不在使得在移动电话运营商之间签署"漫游协定"后用户的国际漫游变得很平常。 GSM 较之它以前的标准最大的不同是他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的主要优势在于提供更高的数字语音质量和替代呼叫的低成本的新选择(比如短信)。从网络运营商角度看来,其优势是能够部署来自不同厂商的设备,因为GSM作为开放标准提供了更容易的互操作性。而且,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在继续开发(例如包数据能力在Release '97版本的标准中通过GPRS被加入进来)时,保持与原始的GSM电话向后兼容。更高速度的数据传输是用EDGE在Release '99版标准中引入的。

历史

尽管当前GSM相当普及,但是移动电话的历史在GSM构思之前很长时间就开始了。GSM小组 ("Groupe Spcial Mobile" (法语) 1, 2, 3 和 4)建立于1982年。GSM的名字也是源自于该小组的名字,但是后来决定保留字首,但改变它所代表的含义。最开始这个小组由CEPT负责管理。GSM系统的原始技术在1987年被定义。1989年, ETSI从CEPT接手。1990年第一个GSM规范说明完成,这个规范的内容长达超过6000页。 商业运转开始于1991年,系统商是芬兰的Radiolinja。

1998年,3GPP启动。最初这个专案的目标使制订详细的下一代移动电话(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。.

市场状况

到2005年全球有超过10亿人使用GSM电话,使GSM成为主导的移动电话系统,占到全球市场份额的70%。 当前W-CDMA并没有展现出全部的功能,而GSM的主要竞争CDMA2000(主要在北美、日本、中国和韩国使用)在全球获得作为3G标准过渡的有限的增长。但是由于并不存在所谓标准的CDMA手机,所以在不同运营商的CDMA网络直接漫游有时可能是困难甚至是不可能的,具体情况取决于手机和运营商。 因为W-CDMA网络建设已经起步(至少在高密度的市场),GSM的正在缓慢消亡,但这将持续相当时间。

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使用移动电话服务。这种服务在欧洲的移动运营商之间竞争也比较激烈,即使没有长期的合同,人们也可以从运营商那里以很低廉的价格买到一款手机。

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:宏蜂窝,微蜂窝,微微蜂窝和伞蜂窝。覆盖面积因不同的环境而不同。宏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下到数十公里。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还支持室内覆盖,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。

一般在界定无线电接口,会以频道(Channel)来分,分为逻辑频道(Logical Channel)跟实体频道(Physical Channel)。 首先在实体频道定义了实体网络的传输单元。

网络结构

GSM网络结构GSM系统后面的网络被人们看作是极其庞大和复杂的,这样就可以提供所有的所需的服务。它被分成很多的部分,每一部分负责其中的一个功能。

基站子系统 (基站及其控制器).

网络和交换子系统 (这一部分和固定网络最为相似) 有时也被叫做核心网。

GPRS核心网 (可选部分,用于基于报文的互联网连接)。

所有的系统元素组合出许多的象语音通话和短信这样的GSM服务。

身份识别模块

GSM的一个关键特征就是用户身份模块 (SIM), 也叫 SIM卡。SIM卡是一个保存用户数据和电话本的可拆卸智能卡IC。用户就可以更换手机后还能保存自己的信息。换句话说用户也可以使用现在的手机而使用不同运营商的SIM卡。 有些运营商为了防止用户转换到别的网络在手机上做手脚,使得它只能用一个特定的SIM卡,或者同一个网络的SIM卡,这就是众所周知的 SIM卡封锁, 这在某些国家并不合法。

在美国和欧洲,大部分运营商锁定他们销售的移动电话,这样做是因为移动电话的价格一般因为签订长期合同大幅减少(例如在欧美市场很多手机可以通过签约以原价格几十分之一的价格购买),而运营商试图避免客户的流失。用户一般可以通过与运营商联系付一定费用来解除锁定,或者通过一个专门服务或者从互联网上搜索相关软件来解锁。

如果用户签署在一段时期有效地合同(合同帐户),某些美国运营商例如T-Mobile和Cingular,就会解除对电话的锁定。第三方的解锁方法比起运营商的来一般更快而且也更便宜。在大多数国家除去锁定是合法的。

GSM安全

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。演进的 UMTS引入可选的USIM-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 (而且还不是 vica versa).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。

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