一、GSM系統(tǒng)的概述

1、GSM系統(tǒng)的淵源

GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)始源于歐洲。GSM原意為“移動(dòng)特別小組（Group Special Mobile）”，是1982年歐洲郵電行政大會(huì)（CEPT）為開發(fā)第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)而成立的機(jī)構(gòu)。1982年北歐國家向歐洲郵電行政大會(huì)（CEPT）提交了一份建議書，要求制定900 MHz頻段的公共歐洲電信業(yè)務(wù)規(guī)范。1987年9月7日來自歐洲十五個(gè)國家的電信業(yè)務(wù)經(jīng)營者在哥本哈根簽署了一項(xiàng)關(guān)于在1991年實(shí)現(xiàn)泛歐900 MHz數(shù)字蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的諒解備忘錄（Memorandum of Understanding，MOU），隨著設(shè)備的開發(fā)和數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)的建立，GSM逐步成為歐洲數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的代名詞。歐洲的專家們將GSM搖身一變，重新命名為“Global System for Mobile　Communications”，變成了“全球移動(dòng)通信系統(tǒng)”的簡稱。而將原來GSM有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化交給了歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ETSI，European Telecommunication Standard Institute），因此，時(shí)分多址(TDMA)數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)GSM系統(tǒng)（包括GPRS系統(tǒng)）的所有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范均由ETSI制定。由于GSM技術(shù)的突出表現(xiàn)，成為國際上第二代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)制式之一。

2、GSM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化

ETSI在對(duì)時(shí)分多址(TDMA)數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)GSM系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化的過程中，經(jīng)歷了第一階段（phase 1）、第二階段（phase 2）和增強(qiáng)第二階段（phase 2 +）的演進(jìn)。由于3G技術(shù)的發(fā)展，ETSI已凍結(jié)了GSM系統(tǒng)（包括GPRS系統(tǒng)）的所有標(biāo)準(zhǔn)的研究制定。

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我國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)，參考ETSI的GSM規(guī)范，結(jié)合我國通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際，也制定了一系列GSM系統(tǒng)的相應(yīng)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為我國時(shí)分多址(TDMA)數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)行，提供了技術(shù)支撐。

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二、GSM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

1、GSM的系統(tǒng)組成

在我國通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T 5104《數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)900/1800MHz TDMA工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：900/1800 MHz TDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)（GSM/GPRS移動(dòng)通信網(wǎng)）由GSM交換子系統(tǒng)（NSS，Network Switching Subsystem）、GPRS核心子系統(tǒng)、基站子系統(tǒng)（BSS，Base Station Subsystem）、操作維護(hù)中心（OMC，Operation and maintenance center）和移動(dòng)用戶設(shè)備組成（MS，Mobile station）。TDMA網(wǎng)絡(luò)的基站子系統(tǒng)（BSS）是由基站控制器（BSC，Base Station Controller）、（GPRS）分組控制單元（PCU，Packet control unit）、基站收/發(fā)信臺(tái)（BTS，Base Station Transceiver）等組成。其系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。

圖2-1：GSM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

NSS管理著GSM系統(tǒng)的交換功能，移動(dòng)交換中心（MSC，Mobile Switching Center）是NSS的中心單元。BSS提供并管理著MS和MSC之間的無線傳輸通道，同時(shí)管理各子系統(tǒng)的接口。BSC經(jīng)由MSC將MS連接到網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)。移動(dòng)臺(tái)(MS)通過空中接口(無線接口)與基站子系統(tǒng)(BSS)相連?；咀酉到y(tǒng)(BSS)包含的許多基站控制器（BSC）一并連接到MSC上。因此，每個(gè)MSC通過BSC控制著數(shù)百個(gè)收/發(fā)信臺(tái)(BTS)。在同一基站控制器(BSC)下的兩個(gè)收/發(fā)信臺(tái)(BTS)之間的移動(dòng)臺(tái)切換，可不必經(jīng)由MSC而由該BSC直接處理。操作支持子系統(tǒng)（OSS）支持一個(gè)或多個(gè)操作維護(hù)中心（OMC），用以監(jiān)控系統(tǒng)中每個(gè)網(wǎng)元的性能和工作過程。

網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)(NSS)處理外部網(wǎng)絡(luò)與基站控制器(BSC)之間的呼叫交換，和數(shù)個(gè)用戶數(shù)據(jù)庫的接入。MSC控制著全部BSC之間的業(yè)務(wù)，為了保證用戶的可移動(dòng)性，NSS中設(shè)立了相關(guān)數(shù)據(jù)庫網(wǎng)元，如：本地用戶位置寄存器(HLR，Home Location Register)、訪問用戶位置寄存器(VLR，Visitor Location Register)、鑒權(quán)中心（AUC，Authentication Centre）和設(shè)備識(shí)別寄存器（EIR，Equipment Identity Register）等，它們的作用詳見下表2-1中。

表2-1：NSS中相關(guān)數(shù)據(jù)庫類網(wǎng)元的作用簡介

2、GSM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口

    為了適應(yīng)各種環(huán)境和各類型設(shè)備，構(gòu)成GSM系統(tǒng)，其網(wǎng)元（或?qū)嶓w）可有不同的配置方法。但是，各實(shí)體的連接，必須符合規(guī)定的接口標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)協(xié)議。

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三、GSM系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)

GSM系統(tǒng)主要提供基本通信業(yè)務(wù)、承載業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)。包括移動(dòng)-固定用戶之間、移動(dòng)-移動(dòng)用戶之間的實(shí)時(shí)雙向會(huì)話，和移動(dòng)用戶的緊急呼叫；移動(dòng)-移動(dòng)用戶之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和小區(qū)廣播式的短消息業(yè)務(wù)（通過獨(dú)立于GSM系統(tǒng)的短消息業(yè)務(wù)中心）；通過網(wǎng)絡(luò)完成文本、圖形信息檢索、電子函件功能的可視圖文接入；智能用戶電報(bào)傳送和傳真。

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四、GSM系統(tǒng)的技術(shù)特征

1、系統(tǒng)的無線技術(shù)特征

GSM是一種時(shí)分多址/頻分雙工傳輸數(shù)字信號(hào)的蜂窩無線電通信系統(tǒng)。它采用TDMA和FDMA混合多址方式。主要工作頻段是900MHz，占用45MHz的頻譜；補(bǔ)充工作頻段為1800MHz，引入GSM 1800系統(tǒng)的主要目的是為了解決900 MHz頻段頻率緊張，不能滿足高話務(wù)密度城市和地區(qū)業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。為了降低傳播損耗，并有利于補(bǔ)償上下行功率不平衡，移動(dòng)臺(tái)采用低頻段發(fā)射。相差45MHz的前向和反向有效頻段劃分成200kHz寬的信道共124對(duì)，即上下行頻帶內(nèi)各有124個(gè)載波  （頻帶兩端有l00kHz保護(hù)帶）。每個(gè)信道用一個(gè)載波發(fā)送的8個(gè)時(shí)分用戶是時(shí)間共享的，實(shí)現(xiàn)時(shí)分多址（每個(gè)時(shí)隙寬576.92p，一幀8個(gè)時(shí)隙4.615ms）。顯然，整個(gè)GSM系統(tǒng)總共有124×8=992個(gè)物理信道。若頻道號(hào)用n=1~124表示，則上下行124對(duì)載頻。

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GSM網(wǎng)蜂窩小區(qū)可以是全向區(qū)，或者是120°定向的三扇區(qū)。為了防止多徑衰落和減少其他干擾，采用慢速跳頻（移動(dòng)臺(tái)跳速為217跳/秒，周期4.615ms，相當(dāng)每一TDMA幀一跳）。蜂窩覆蓋區(qū)半徑為35km（小密度用戶區(qū)）。由于采取了自適應(yīng)均衡、跳頻和糾錯(cuò)碼、交織等多種抗干擾措施，同頻道防護(hù)比（載/干比）C/I ≥12 dB，這樣得以在業(yè)務(wù)密集區(qū)采用3小區(qū)/9扇區(qū)區(qū)群結(jié)構(gòu)，從而減小了頻道再用距離。另外，為了提高頻譜利用率，GSM系統(tǒng)還采用了功率控制、話音激活技術(shù)（講話時(shí)打開發(fā)射機(jī)的間斷傳輸技術(shù)DTX），以減小干擾，提高系統(tǒng)容量。

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GSM系統(tǒng)采用最小移頻鍵控GMSK數(shù)字調(diào)制技術(shù)、先進(jìn)的呼叫處理技術(shù)和新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。為降低MSC的計(jì)算負(fù)荷，在基站(BS)和MSC之間，增加了基站控制器(BSC)，幾個(gè)基站經(jīng)過無線端口控制單元BSC，匯接到就近的MSC上。而且MSC和BSC之間的數(shù)據(jù)接口(A接口）實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，從而加強(qiáng)了其互操作性。用戶能自動(dòng)選擇信號(hào)最強(qiáng)的基站與其他任意基站進(jìn)行通信。并且，盡量多地由基站來控制交換、信令和過區(qū)切換，以減少基站和MSC之間的交換和運(yùn)算。

2、GSM系統(tǒng)的服務(wù)區(qū)特征

我們知道，GSM網(wǎng)具有數(shù)字蜂窩結(jié)構(gòu)，是一個(gè)小區(qū)制大容量數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)，它由許多包含有數(shù)個(gè)扇區(qū)的基站區(qū)組成。在整個(gè)服務(wù)區(qū)內(nèi)，可以進(jìn)行交換控制，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)的呼叫接續(xù)、位置更新、過區(qū)切換與漫游等服務(wù)功能。在GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，定義了幾種服務(wù)區(qū)，如圖4-2所示：包括移動(dòng)交換中心(MSC)服務(wù)區(qū)、移動(dòng)交換中心(MSC)服務(wù)區(qū)、位置區(qū)(LA，Location Area)和基站區(qū)(BA，BTS Area)等，其釋義詳見下表4-2。為了確定移動(dòng)臺(tái)的位置，就必然涉及到這些服務(wù)區(qū)。利用多應(yīng)用程序控制系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，可對(duì)移動(dòng)臺(tái)的呼入呼出進(jìn)行有效的路由選擇控制。

圖4-2：GSM系統(tǒng)定義的服務(wù)區(qū)示意圖

表4-2：GSM系統(tǒng)定義的服務(wù)區(qū)釋義

欲進(jìn)一步了解我國GSM系統(tǒng)組網(wǎng)建網(wǎng)要求的請(qǐng)進(jìn)入：核心網(wǎng)絡(luò)；無線網(wǎng)絡(luò)