GSM—全球移动通信系统

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GSM原意是移动通信特别小组(Group Special Mobile),成立于1982年。旨在制定900MHz泛欧蜂窝移动通信系统的特性规范,以使整个欧洲可采用一个协调一致的标准,使用户从一个国家到另一个国家漫游的移动通信成为可能,并能用同一部蜂窝移动电话机打出或接进电话。这种泛欧漫游是建立GSM的初衷,以便把欧洲的多种蜂窝移动通信制式统一起来。

今天,GSM已转意为全球移动通信系统(Globe System for Mobile Communications)。实际上,GSM是八十年代末出现的一种数字式蜂窝移动通信系统,是蜂窝式移动通信系统的第二代,它保留了模拟蜂窝小区系统的组网技术,并克服了模拟制蜂窝移动通信系统频谱利用率低,话音传输质量差的缺点,具有数据加密功能,可与ISDN兼容,并在不久的将来,可大大降低移动台的成本,因为数字信号易于采用VLSI技术,本文对全球移动通信系统作一简单介绍。

1.无线信道

无线信道采用频分多址和时分多址相结合的接入方式。上行方向,即从移动台发至基站的发射频率为890~915MHz;下行方向,从基站发至移动台的发射频率为935~960MHz。占用的25MHz频带共安排124对载频,载频之间的间隔为200kHz,每个载波上目前有8个时隙,这就是时分多址(TDMA)帧,既传送话音,也传送数据。比特率约为271kb/s。我们可把某一载频的某个时隙视为物理信道,而把不是专门定时占用,时间不一样,带有不同类型信息的帧视为逻辑信道。逻辑信道可分成二种主要类型、业务信道和控制信道。业务信道携带话音编码信息和用户数据。控制信道携带信令和同步数据。所使用的调制方式是高斯最小频移键控(GSMK),其带宽时间积(BT积)为0.3。为克服多径衰落和减小其它信号的干扰采用跳频工作方式,移动台的跳频速度是每TDMA帧一跳。即每秒217跳。话音编码器其基本工作速率为13kb/s,当加上纠错编码后,全速率时变为22.8kb/s,编码方式称为RPE—LTP(规则脉冲激励具有长期预测的线性编码)。

2.网络结构

一个GSM网络的基本基础设施与所有其它蜂窝无线网络相似,主要由4部分组成。

(1)交换系统(SS)——完成主要的呼叫处理和用户有关的功能,其系统组成如图1所示。

图1
图1 🔍原图 (436×428)

移动业务交换中心(MSC)是GSM系统的心脏,连接同一个GSM网络中的其它MSC,其它GSM网络以及其它公共电信网络。它管理呼叫,负责呼叫的建立、路由选择、控制和终止呼叫,负责管理MSC内部的切换、补充业务和计费。

母局位置登记器(HLR)用来管理移动用户的主要数据库。存储两种类型的数据:一是用户信息,即登记在该HLR中的用户所注册的有关电信业务方面的数据;二是部分位置信息,为登记在该HLR中的用户提供服务的VLR地址,利用位置信息能正确地选择路由将呼叫接往移动台。

鉴别中心(AUC)与HLR相连,为HLR提供一个特定用户有关的并用于安全方面的鉴别参数和加密密钥。

来访者位置登记器(VLR)是一个数据库。用于保存当前位于MSC服务区的所有移动台的动态信息,具有建立呼叫所需的所有数据,为来访者服务,可以把它看作是HLR的一个分布式复制品。

设备身份登记器(EIR)用来查验用户使用的设备的国际移动设备身份号(IMEI)的有效性。以防止未经许可的、非法使用偷窃的、有故障的移动设备投入使用。

(2)基站系统(BSS)——集中完成与无线有关的功能。其系统组成如图2所示。

图2
图2 🔍原图 (531×387)

基地站收发信机(BTS)的主要功能是提供基地站的无线电发送和接收。BTS可以有一部分或多部收发信机,根据所需容量而定。蜂窝区可以是全向的,也可以分裂成典型的三方向区。

基站控制器(BSC)的主要功能是进行移动性管理,包括对无线网络、基地站收发信机、移动台和传输网络的管理。例如,随着一个用户的移动,它可能移出一个区而进入另一个区,BSC就负责越区转换,保持正常通话不被中断;BSC还可以对基站的发射功率以及移动台的发射功率进行控制,以达到减小对其它GSM用户干扰,延长移动台的电池使用时间的目的。

(3)操作和支持系统(OSS)——支持网络的操作和维护。GSM网络操作员通过其功能实现一个或数个操作和维护中心(OMC)来监视和控制系统,GSM的技术规范给出了关于如何实现操作和维护功能的一般性原则。分布式操作和维护功能与集中式支持系统相结合,即使在网络快速扩展的情况下,也能进行有效的管理。

(4)移动台(MS)——移动台是用户赖以获得所提供电信业务的设备,它可以是车载台、便携台和手持机。一个移动台有一个身份号。移动台设备本身由一个独特的国际移动设备身份号(IMEI)加以区别。当一个移动台为用户使用时,它还有一个国际移动用户身份号(IMSI),置入一个单独的用户身份模块(SIM)中。SIM是属于用户的财产,这样IMSI唯一与用户联系起来,用户可以把他的SIM插入到任何一个符合GSM规范的移动台中使用。 (齐宝德 林伟武)