移动通信基础知识(2)

第二章 GSM通信系统

2.1、GSM的发展

GSM数字移动通信系统源于欧洲。早在80年代初，欧洲已有几大模拟蜂窝移动系统在运营，例如北欧的NMT（北欧移动电话）和英国的TACS（全接入通信系统），西欧其他各国也提供移动业务。但是模拟系统有一些限制：第一，尽管在80年代初的过低估计下，移动业务的潜在需求也远远超过当时模拟蜂窝网的预计容量；第二，运营中的不同系统不能向用户提供兼容性：一个TACS终端不能进入NMT网，一个NMT终端也不能进入TACS网。为了方便全欧洲统一使用移动电话，需要一种公共的系统。

1982年在欧洲邮电行政大会（CEPT）上成立"移动特别小组"（Group Special Mobile）简称"GSM"，开始制定使用于泛欧各国的一种数字移动通信系统的技术规范。1990年完成了GSM900的规范，产生一套12章规范系列。随着设备的开发和数字蜂窝移动通信网的建立，GSM逐渐演变为"全球移动通信系统"（Global System for Mobile Communication）的简称。

2.2、GSM系统的技术规范及其主要性能

GSM标准共有12章规范系列，即：

01系列：概述

02系列：业务方面

03系列：网络方面

04系列：MS－BS接口和规约（空中接口第2、3层）

05系列：无线路径上的物理层（空中接口第1层）

06系列：话音编码规范

07系列：对移动台的终端适配

08系列：BS到MSC接口（A和Abis接口）

09系列：网络互连

10系列：暂缺

11系列：设备和型号批准规范

12系列：操作和维护

GSM的主要特点可以归结为：

1. 频谱效率。由于采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡和语音编码技术，使系统具有高频谱效率。

2. 容量。由于每个信道传输带宽增加，使同频复用栽干比要求降低至9dB，故GSM系统的同频复用模式可以缩小到4/12或3/9甚至更小（模拟系统为7/21）；加上半速率话音编码的引入和自动话务分配以减少越区切换的次数，使GSM系统的容量效率（每兆赫每小区的信道数）比TACS系统高3～5倍。

3. 话音质量。鉴于数字传输技术的特点以及GSM规范中有关空中接口和话音编码的定义，在门限值以上时，话音质量总是达到相同的水平而与无线传输质量无关。

4. 开放的接口。GSM标准所提供的开放性接口，不仅限于空中接口，而且报刊网络直接以及网络中个设备实体之间，例如A接口和Abis接口。

5. 安全性。通过鉴权、加密和TMSI号码的使用，达到安全的目的。鉴权用来验证用户的入网权利。加密用于空中接口，由SIM卡和网络AUC的密钥决定。TMSI是一个由业务网络给用户指定的临时识别号，以防止有人跟踪而泄漏其地理位置。

6. 与ISDN、PSTN等的互连。与其他网络的互连通常利用现有的接口，如ISUP或TUP等。

7. 在SIM卡基础上实现漫游。漫游是移动通信的重要特征，它标志着用户可以从一个网络自动进入另一个网络。GSM系统可以提供全球漫游，当然也需要网络运营者之间的某些协议，例如计费。

在GSM系统中，漫游是在SIM卡识别号以及被称为IMSI的国际移动用户识别号的基础上实现的。这意味着用户不必带着终端设备而只需带其SIM卡进入其他国家即可。终端设备可以租借，仍可达到用户号码不变，计费帐号不变的目的。

2.3、GSM系统关键技术

2.3.1、工作频段的分配

1.工作频段

我国陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz频段：

890～915（移动台发、基站收）

935～960（基站发、移动台收）

双工间隔为45MHz，工作带宽为25 MHz，载频间隔为200 kHz。

随着业务的发展，可视需要向下扩展，或向1.8GHz频段的GSM1800过渡，即1800MHz频段：

1710～1785（移动台发、基站收）

1805～1880（基站发、移动台收）

双工间隔为95MHz，工作带宽为75 MHz，载频间隔为200 kHz。

2.频道间隔

相邻两频道间隔为200kHz。 每个频道采用时分多址接入（TDMA）方式，分为8个时隙，即8个信道（全速率）。每信道占用带宽200 kHz/8＝25 kHz。

将来GSM采用半速率话音编码后，每个频道可容纳16个半速率信道。

2.3.2、多址方案

GSM通信系统采用的多址技术：频分多址（FDMA）和时分多址（TDMA）结合，还加上跳频技术。

GSM在无线路径上传输的一个基本概念是：传输的单位是约一百个调制比特的序列，它称为一个"突发脉冲"。脉冲持续时间优先，在无线频谱中也占一有限部分。它们在时间窗和频率窗内发送，我们称之为间隙。精确地讲，间隙的中心频率在系统频带内间隔200 kHz安排（FDMA情况），它们每隔0.577ms（更精确地是15/26ms）出现一次（TDMA情况）。对应于相同间隙的时间间隔称为一个时隙，它的持续时间将作为一种时间单位，称为BP（突发脉冲周期）。

这样一个间隙可以在时间/频率图中用一个长15/26ms，宽200KHz的小矩形表示（见图）。统一地，我们将GSM中规定的200KHz带宽称为一个频隙。
在GSM系统中，每个载频被定义为一个TDMA帧，相当于FDMA系统的一个频道。每帧包括8个时隙（TS0－7）。每个TDMA帧有一个TDMA帧号。

TDMA帧号是以3小时28分53秒760毫秒（2048?51?26?8BP或者说2048?51?26个TDMA帧）为周期循环编号的。每2048?51?26个TDMA帧为一个超高帧，每一个超高帧又可分为2048个超帧，一个超帧是51?26个TDMA帧的序列（6.12秒），每个超帧又是由复帧组成。复帧分为两种类型。

26帧的复帧：它包括26个TDMA帧（26?8BP），持续时长120ms。51个这样的复帧组成一个超帧。这种复帧用于携带TCH（和SACCH加FACCH）。

51帧的复帧：它包括51个TDMA帧（51?8BP），持续时长3060/13ms。26个这样的复帧组成一个超帧。这种复帧用于携带BCH和CCCH。