GSM數字移動通信系統

　　 

    作者：童衛東  江溈

    模擬蜂窩移動通信業務自推出后發展非常迅速，但隨著業務的激增，在一些經濟發達的國家和地區，其通信容量不足的缺點很快顯露出來；同時，隨著計算機和數據終端的廣泛應用，非話數據通信業務需求日益增多，而模擬蜂窩通信網則無法滿足這種需求。

    因此，人們開始尋求一種通信容量更大并適合數據通信的新型移動通信系統，GSM(GlobalSystemforMobile communications)就是在此背景下誕生的。

    一、GSM的發展過程

    GSM數字移動通信系統是由歐洲的主要電信運營商和制造商組成的標準化委員會設計的，以TDMA(時分多址)+FDMA(頻分多址)的方式實現多用戶的通信，容量較模擬蜂窩移動通信系統有了很大的提高。GSM的管理者是歐洲電信標準協會(ETSI)，這個組織不僅包括管理組織者，還包括工業界人士、用戶團體和運營商，因此保證了每一次的技術更新都能有的放矢。

    GSM是在1982年提出標準的，到1992年，歐洲各大運營商開始提供GSM900服務。從1990年起，GSM網絡開始向歐洲以外的國家和地區擴展，至今已有100多個國家獲得GSM運營執照，GSM成為迄今為止使用國家最多、用戶最普及、設備供應商最多的移動通信系統。我國于1993年在浙江嘉興開始興建GSM實驗網，1994年10月中國聯通開始建設GSM通信網，目前，GSM已成為我國移動通信網絡的主體，中國的GSM網絡已是全世界最大的移動通信網絡，為國家的經濟發展做出了巨大貢獻。

    雖然CDMA和第三代移動通信系統等其他移動通信技術發展非常迅速，但是GSM已有的網絡基礎加上其本身技術的不斷進步，可以預見，在未來的數年內，GSM仍將保持世界移動通信領域的統治地位。

    二、GSM的網絡結構

    與通常的移動通信系統一樣，GSM移動通信系統也由移動臺子系統、基站子系統和交換子系統組成。GSM系統還有運行子系統。下面分別予以介紹。

    1.移動臺子系統

    移動臺是與用戶最為接近的子系統，也是用戶最為熟悉的設備。它除了通過無線接口接入網絡進行一般的無線處理外，還提供與用戶的接口(如送話器、受話器、顯示器和鍵盤)和與其他終端設備的接口(電腦接口、SIM卡接口等)。移動臺子系統包括移動設備(即手機)和SIM卡部分。SIM卡除了用于信息存儲外，還有保密功能，是用戶識別、位置管理和通信保密的主要設備，幾乎是所有通信(除應急通信)必需的部分。通過SIM卡進行用戶識別和通信保密是GSM相對于模擬移動通信系統的一個重要革新。

    2.基站子系統

    基站子系統包括GSM無線蜂窩特有的基礎設施。它一方面通過無線接口(包括在無線鏈路上的發送、接收及管理等設備)與移動臺直接連接；另一方面與網絡和交換子系統的交換機連接：同時，還與運行和維護子系統相連?；咀酉到y的傳輸設備是BTS(基站收發臺)，負責與移動臺聯系；管理設備是BSC(基站控制器)，可以管理10多個BTS，負責與其他設備聯系?；咀酉到y將無線信號轉換為有線信號并交給交換子系統處理。

    3.交換子系統

    交換子系統完成GSM的主要交換功能，由MSC(移動交換中心)、HLR(歸屬位置寄存器)、VLR(訪問位置寄存器)、GMSC(網關移動交換中心)組成，共同管理GSM用戶與其他電信網絡用戶之間的通信，并管理用戶數據和移動性所需的數據庫。

    4.運行子系統

    運行子系統由OMC(操作維護中心)、計費中心、EIR(設備識別寄存器)等組成，完成整個系統的運行管理。

    三、GSM的業務功能

    GSM數字移動通信系統能提供多種不同類型的業務，基本上可以分為電話業務和數字業務(也稱非話業務)。前者傳輸的是音頻范圍的語音信號；后者傳輸的是話音以外的其他信號，如文字、圖像、傳真、計算機文件等，其典型應用是短消息業務。

    1.電話業務

    GSM為系統用戶和其他所有與其聯網的用戶提供雙向話音通信。電話業務是目前為止數字移動通信系統最重要的業務。電話業務還引伸出語音信箱業務，這在一定程度上提高了網絡效率，為用戶帶來了方便。

    2.數字業務

    GSM系統設計之初，就是按照ISDN(綜合業務數字網)的模式計劃提供各種數字業務的，因此，現行的GSM系統基本上包含了大部分為固定電話用戶和ISDN用戶提供的數字業務。GSM系統還可以接入其他網絡，如分組交換數據網，從而得到這些網絡提供的數據業務。GPRS(通用分組無線業務)正是這種應用的最好體現，現在它被稱作2.5代移動通信技術，最大傳輸速率可達170kbit/s左右，應用廣泛。目前，最新的GSM技術已經將數據傳送速率提高到384kbids，達到第三代移動通信系統的基本速率，可以傳送動態畫面。

    3.短消息業務

    點對點短消息傳送是GSM首創的數字業務，使得用戶可以發出或接收有一定長度限制的數字或文字信息。雖然這一業務與尋呼業務相似，但它具有雙向通信能力，網絡端可以知道被叫方是否已經收到消息，甚至可以將這個消息通知主叫方。短消息如果遇信道擁塞或系統忙而導致傳送失敗，GSM系統會在一定時間內保留消息并自動重發，直到被叫方收到。收發短消息和用的是空閑信道，所以運營商可以很低的成本提供這一業務，相應地，用戶使用費也很低。短消息已經成為SM系統提供的一個十分重要的業務。時下非常流行的彩信業務是短消息業務的發展，在網絡和特定功能的手機支持下，可以傳送彩色照片等多媒體業務。

    4.補充業務

    補充業務主要指允許用戶按照自己的需要改變網絡對其呼入和呼出的處理，或者網絡通過提供某一種信息讓用戶能夠智能化地利用一些常規業務，如呼叫轉移、呼叫限制、多方通話、閉合用戶群等。

    四、GSM主要信道

    GSM系統在每個小區使用8個頻點，每個頻點分為8個時隙，這樣每個小區有64個信道。主要信道分為專用信道和公用信道，分配在每個小區的64個信道中。專用信道有TCH(業務信道)、SACCH(慢速輔助控制信道)和SDCCH(獨立專用控制信道)；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(隨機接入信道)。

    TCH是GSM業務的承載信道，又可分為TCH/F、TCH/H和TCH/8，分別對應不同速率的業務。SACCH用于移動臺和基站之間一些特定信令的傳輸。SDCCH傳輸移動臺與基站之間的連接和信道分配的信令，起控制作用。每個蜂窩都有一個BCCH，用于廣播與這個蜂窩小區相關的所有信息，供處于空閑模式的手機進行偵聽，它是一個基站發出的下行單向信道。SCH和FCCH是移動臺與基站保持通信同步的公用信道，根據系統情況可以與BCCH合在一個信道中。PCH和AGCH也可合稱為PAGCH，基站通過廣播尋呼消息通知移動臺對它的呼叫已經建立，包括來自移動臺的申請和來自基站的應答，也是單向下行信道。RACH是移動臺將接入申請傳給網絡的單向上行信道。

    五、GSM的通信過程

    1.開機

    移動臺完成開機需要經過下列過程：移動臺讀取SIM卡中的用戶數據，并將數據發送給最近的基站?；臼盏綌祿?，根據手機的IMSI(國際移動臺識別號碼)向其歸屬地的HLR進行查詢，如果屬于正常用戶，就分配給移動臺一個TMSI(臨時移動臺識別號碼)，如果移動臺處于漫游狀態，則在其VLR中同時進行位置登記，即完成開機過程。

    2.待機

    每個移動臺在開機后都處于待機過程。在這個過程中，系統根據移動臺的情況，完成越區切換和新的位置登記，如果需要還將分配新的TMSI號碼，保持移動臺與最近的基站子系統的聯系，并不斷通過BCCH通知移動臺其所在小區的信道情況。移動臺通過接收SCH和FCCH的信息，保持與基站通信的同步。在待機過程中，移動臺不占用信道資源。

    3.呼出

    用戶在移動臺上完成呼叫號碼的輸入并開始發送時，呼出過程開始。移動臺首先通過RACH發送接入請求給基站，基站子系統根據BCCH發布的信道信息為移動臺分配一個最為合適的TCH，通過PAGCH信道通知移動臺，同時通過系統的協調完成需要的區域切換過程。保證信道連續性。在信道分配完成后，將呼出的號碼通過交換子系統接入公共電話網絡，通過這個網絡建立呼叫，為用戶提供話音服務。

    4.呼入

    系統在收到對某個移動臺的呼叫請求后，首先通過查詢HLR和VLR找到移動臺所在的小區，然后由基站根據BCCH的信道分配情況給移動臺分配一個合適的信道，并通過PAGCH通知移動臺建立信道，再通過這個信道將振鈴信息傳遞給移動臺，移動臺用戶摘機后，呼入建立成功。

原文轉自：http://www.kjueaiud.com