全球移动通信系统

全球移动通信系统（Global System for 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。

全球移动通信系统

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它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。2015年，全球诸多GSM网络运营商，已经将2017年确定为关闭GSM网络的年份。

GSM是Global System For Mobile Communications的缩写，由欧洲电信标准组织ETSI制订的一个数字移动通信标准，GSM是全球移动通信系统(Global System for Mobile communications) 的简称。它的空中接口采用时分多址技术。自90年代中期投入商用以来，被全球超过100个国家采用。GSM标准的设备占据当前全球蜂窝移动通信设备市场80%以上。

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。所有用户可以在签署了"漫游协定"移动电话运营商之间自由漫游。GSM 较之它以前的标准最大的不同是它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的主要优势在于用户可以从更高的数字语音质量和低费用的[SMS]之间作出选择。网络运营商的优势是他们可以根据不同的客户定制他们的设备配置，因为GSM作为开放标准提供了更容易的互操作性。这样，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作为一个继续开发的标准，保持向后兼容原始的GSM电话，例如报文交换能力在Release '97版本的标准才被加入进来，也就是GPRS。高速数据交换也是在Release '99版标准才引入的，主要是EDGE和UMTS标准。

尽管当前GSM相当普及，但是构思移动电话的历史在GSM之前很长时间就开始了。GSM小组("Groupe Spécial Mobile" (法语) 1, 2, 3 and 4)创立于1982年。GSM的名字也是源于这个小组的名字，尽管后来决定使用缩写代替了它的原有的含义。最开始这个小组由CEPT负责管理。GSM系统的原始技术在1987定义。1989年， ETSI从CEPT接手。1990第一个GSM规范说明完成，这个规范的文本长达超过6000页。商业运营开始于1991，地点是芬兰的Radiolinja。

系统发展历程

1998年，3G合作项目(3GPP)启动。最初，这个项目的目标是制定详细的下一代移动通讯网（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。

全球移动通信系统(GSM)是迄今为止最为成功的全球性移动通信系统。其开发始于1982年。欧洲电信标准协会(ETSI)的前身欧洲邮政电信管理会议(CEPT)成立了移动特别行动小组(Groupe Speciale Mobile)，该小组得到了对有关泛欧数字移动通信系统的诸多建议进行改进的授权。试图完成的两个目标是：

第一，用于无线通信的更好、更有效的技术解决方案——在那个时候，数字系统在用户容量、易用性和可能的附加业务数目等方面都要优于当时还十分流行的模拟系统已经是显而易见的了。

第二，实现全欧洲统一的标准，以支持跨越国界的漫游。这在以前是不可能做到的，因为各国使用的是互不兼容的模拟系统。

之后的若干年里，几家公司为这种系统提出了一些建议。这些建议几乎涵盖了不同技术领域的所有可能技术措施。提出的多址方式包括时分多址(TDMA)，频分多址(FDMA)和码分多址(CDMA）提议采用的调制技术有高斯最小频移键控(GMSK)、四进制频移键控(4FSK)、正交幅度调制(QAM)和自适应差分脉冲调制(ADPM）。所有提出的系统都进行了现场测试和信道模拟器测试。除了技术因素，市场和政治因素也影响了决策的进程。由于FDMA需要在移动台处进行天线分集，因此基于FDMA的方案就不在最终的考虑之列。尽管这种分集的技术可行性已经为日本的数字系统所证明，增大的天线尺寸使之仍然不能成为一个理想的选择。CDMA最终也被排除在外，因为在那时采用CDMA方式所必需的信号处理看上去造价过高且不够可靠。因此，只有TDMA系统在这一抉择过程中得以保留。可是，最终的(TDMA)系统并非来自某个公司的建议，而反过来形成了一个折中的系统。究其原因是政治性的而非技术性的：选择某一个公司的建议作为标准，将会给这家公司带来相当大的竞争优势。

在20世纪90年代早期，人们意识到GSM应当拥有一些没有包括在最初标准之中的功能特性。所以，包括这些功能的所谓第二阶段规范直至1995年才开发完成。而包括分组无线电和EDGE所采用的更高效调制方案在内的进一步的功能提升是其后才逐渐引入的。基于这些扩充，GSM通常被称为2.5代系统，这是因为其功能比那些第二代系统强大，而又未能具备第三代系统的所有功能。

GSM的成功出乎了所有人的意料。虽然最初它是作为欧洲系统来开发的，但在欧洲推广应用的同时，整个世界范围内就已经开始了对GSM的广泛应用。澳大利亚是第一个签订基础协议的非欧洲国家。从那时起，GSM逐渐成为了全球性的移动通信标准，在2004年已拥有了超过十亿的众多用户。当然，也有个别的例外：日本和韩国就从未采用过GSM  。

GSM有三种版本，每一种都使用不同的载波频率。最初的GSM系统使用900MHz附近的载频。稍后增加了GSM-1800，也就是所谓的DCS-1800，用以支持不断增加的用户数目。它使用的载波频率在1800MHz附近，总的可用带宽大概是900MHz附近可用带宽的三倍，并且降低了移动台的最大发射功率。除此之外，GSM-1800和最初的GSM完全相同。因此，信号处理、交换技术等方面无须做任何改变就可以同样加以利用。更高的载波频率意味着更大的路径损耗，同时发射功率的降低会造成小区尺寸的明显缩小。这一实际效果同更宽的可用带宽一起使网络容量可以得到相当大的扩充。第三种系统被称做GSMl900或PCS-1900(个人通信系统)，工作在1900MHz载频上，并主要用于美国。

GSM是一个开放性标准。这意味着只就接口做出规定，而不限制具体的实现形式。作为一个例子，我们来考虑GSM采用的调制方式，即GMSK。GSM标准规定了带外发射的上限、相位抖动、互调产物等内容。如何达到所需的线性度则取决于设备制造商。因此，这一开放的标准确保了来自不同制造商的所有产品可以相互兼容，尽管在质量和价格上它们可能仍然差别不小。对业务提供商而言，兼容性尤为重要。当采用专有的系统时，业务提供商只能在网络初建阶段一次性地选定设备供应商。对于GSM(以及其他开放性标准)，业务提供商可以先从某家制造商那里购入基站，而之后为实现网络扩容又可以从另一家价格更合理的制造商那里购进基站。业务提供商同样可以从一家公司购买一些部件，而从另一家公司购买其他部件

GSM属于第2代（2G）蜂窝移动通信技术。2代的说法是相对于应用于80年代的模拟蜂窝移动通信技术以及目前正逐渐进入商用的宽带CDMA技术。模拟蜂窝技术被称为一代移动通信技术，宽带CDMA技术被称为三代移动通信技术，即3G。

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：巨蜂窝，微蜂窝，微微蜂窝和伞蜂窝。覆盖面积因不同的环境而不同。巨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上至数十公里。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同样支持室内覆盖，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。

GSM 900MHz频段GSM 900MHz频段双工间隔为45MHz，有效带宽为25MHz，124个载频，每个载频8个信道。

GSM900 ：

上行（MHz）890-915；下行（MHz）935-960（GSM最先实现的频段，也是使用最广的频段）

GSM900E ：

上行（MHz）880-915；下行（MHz）925-960（900MHz扩展频段） 

中国GSM900使用频率

①中国移动

●上行频段：890-909 MHz

●下行频段：935-954 Mhz

②中国联通

●上行频段：909-915 MHz

●下行频段：954-960 Mhz 

GSM 1800MHz频段

GSM 1800MHz频段双工间隔为95MHz，有效带宽为75MHz，374个载频，每个载频8个信道。

GSM1800 ：

上行（MHz）1710-1785；

下行（MHz）1805-1880（适用于对信道容量需求大的市场，应用范围仅次于900M。） 

GSM频段（频率范围）是国际电信联盟为GSM移动电话工作而指定的蜂窝式无线通讯系统的频率。

P-GSM，基准GSM-900频带

E-GSM，扩展GSM-900频带（包括基准GSM-900频带）

R-GSM，铁路GSM-900频带（包括基准和扩展GSM-900频带）

T-GSM，集群无线系统-GSM

GSM-900, GSM-1800 and EGSM/EGSM-900

中国主要使用GSM-800, GSM-900, GSM-1800频段。

GSM-900和GSM-1800被用于世界上大部分区域：欧洲、中东、非洲、大洋洲以及亚洲的大部分区域。南美洲和中美洲的以下国家使用：

• 巴拉圭– GSM-1800和GSM-1900

• 秘鲁– GSM-1900

• 哥斯达黎加– GSM-1800

• 巴西– GSM-850，900，1800和1900

• 危地马拉– GSM-850，GSM-900和1900

• 萨尔瓦多– GSM-850，GSM-900和1900

• 委内瑞拉– GSM-850，GSM-900和1900

• GSM-900使用890–915MHz从装置向基站发送信息（上行），使用935–960MHz接收信息（下行），其提供124个无线频道（频道号1-124），每个频道占用200kHz。双工间隔是45MHz。100kHz的保护带宽被置于频段的两端。

• GSM-1800使用1710–1785MHz从移动台向基站发送信息（上行），使用1805–1880MHz接收信息（下行）, 其提供374个频道（频道号512-885）。双工间隔是95MHz。GSM-1800在英国也称为DCS（数字移动电话服务），而在香港被称为PCS——为避免混淆，GSM-1900在世界上其他地区称作PCS。MCA使用GSM1800  。

GSM-850和GSM-1900

GSM-850和GSM-1900用于阿根廷、巴西、加拿大、美国以及美洲的许多其他国家

中国GSM1800使用频率

①中国移动

●上行频段：1710-1720 MHz

●下行频段：1805-1815 Mhz

②中国联通

●上行频段：1745-1755 Mhz

●下行频段：1840-1850 MHz

到2004年全球有超过10亿人使用GSM电话，GSM电话占到全球移动电话市场份额的70%。GSM的主要竞争CDMA（主要在美国和加拿大使用）尽管有好的前景但是有限，被作为3G标准过渡的CDMA没有展现出全部的功能。还有，因为W-CDMA网络建设的推迟，导致至少在高密度通话这块市场GSM的消亡速度还很慢，但是那是迟早的事情。

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

GSM系统主要由移动台（MS）、移动网子系统（NSS）、基站子系统（BSS）和操作支持子系统（OSS）四部分组成。

移动台（MS）

移动通信系统

移动台是公用GSM移动通信网中用户使用的设备，也是用户能够直接接触的整个GSM系统中的唯一设备。移 动台的类型不仅包括手持台，还包括车载台和便携式台。随着GSM标准的数字式手持台进一步小型、轻巧和增加功能的发展趋势，手持台的用户将占整个用户的极大部分。

基站子系统（BSS）

基站子系统（BSS）是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分。它通过无线接口直接与移动台相接，负责无线发送接收和无线资源管理。另一方面，基站子系统与网络子系统（NSS）中的移动业务交换中心（MSC）相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息等。当然，要对BSS部分进行操作维护管理，还要建立BSS与操作支持子系统（OSS）之间的通信连接。

移动网子系统（NSS）

移动网子系统（NSS）主要包含有GSM系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能，它对GSM移动用户之间通信和GSM移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用。NSS由一系列功能实体构成，整个GSM系统内部，即NSS的各功能实体之间和NSS与BSS之间都通过符合CCITT信令系统No.7 协议和GSM规范的7号信令网路互相通信。

操作支持子系统（OSS）

操作支持子系统（OSS）需完成许多任务，包括移动用户管理、移动设备管理以及网路操作和维护。

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。UMTS的发展提供了一个选择，就是USIM，它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。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。

GSM系统安全的目标是使系统如公共交换电话网络(PSTN)一样安全。系统中的无线路径系统是最脆弱的部分，因为无线信号能被轻易地截获。移动站有一鲜为人知的安全问题：使用MS进行窃听在技术上是可能的(如作为“窃听器”)。就算已经关机，还是可以通过空中接口将它打开，所以最好的保护方法是将电池取出。GSM MoU组(Memorandum ofUnderstanding Group)认为，安全的技术特性只是安全要求的一小部分，最大的威胁来自较简单的攻击如加密密钥的泄漏、不安全的计费系统或贪污腐败。因此，要采取有各方面综合措施以确保这些安全过程满足安全要求，此外，也必须考虑安全措施的费效比。

GSM系统的安全要求考虑了蜂窝网络的一些潜在弱点。系统的安全应当对系统运营商和用户都是适当的。系统运营商希望能确保向正确的人收费，并且服务不受影响；顾客要求隐私得到保护。总结出如下需求：

(1)使无线网络同固定网一样安全，这意味着匿名和加密以防止倾听。

(2)采取强认证，防止运营商的计费被欺骗。

(3)防止运营商危及他人安全，无论是无意或迫于竞争压力。

(4)不能导致初始呼叫建立延迟或随后通信延迟的显著增加。

(5)不能占用更多的信道带宽。

(6)导致错误率增加或错误传播。

为此运营商GSM系统的设计必须考虑环境和安全过程，如密钥的产生和分发，运营商之间的信息交换以及算法的保密性。

GSM使用上直观的特点：

GSM系统有几项重要特点：防盗拷能力佳、网络容量大、手机号码资源丰富、通话清晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机耗电量低、机卡分离。

全球移动通信系统技术构建

其主要技术特点如下：

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各设备实体之间，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。

GSM是PP编制产品的一种计量单位，名字为“克重”,

用以表示PP编制产品的强度，数值越大，表明该产品的质量越好，是抗撕裂性、扛穿刺性及拉伸强度的一种综合记录。

gsm = g per square meter 每平方米的重量(克）