GSM通信

一、引言

上图是中国三大运营商 2G 时代到 4G 时代所用移动通信标准一览。第一次接触这类概念的人可能看不太懂这些奇怪的英文缩写，今天先从最经典的 GSM 开始介绍，感兴趣的话请点赞👍吧。

二、GSM 简介

GSM，Global System for Mobile Communications，直译为中文就是全球移动通信系统，是由欧洲电信标准组织 ETSI 制定的一种数字制式的蜂窝移动通信系统。当初开发 GSM 目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球，因此 GSM 还有一个很接地气的俗称——全球通。

GSM 与它以前的标准相比较而言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。相较于使用蜂窝模拟移动技术的第一代移动通信技术，GSM 有着明显的技术优势：

① 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 由于每个信道传输带宽增加，使同频复用载干比要求降低至 9 dB，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 （一种模拟式移动电话系统）系统高 3～5 倍。

③ 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。

④ 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。

⑤ GSM 在使用体验上直观的优点：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。

1991 年 GSM 系统正式在欧洲问世，网络开通运行。中国于 1992年在嘉兴建立和开通第一个 GSM 演示系统，并于 1993 年 9 月正式开放业务。2001 年 12 月 31 日我国关闭了模拟移动网络，从那时起，以 GSM 为首的数字蜂窝系统正式“统治”市场。

三、GSM 的频段规划

GSM 自上世纪九十年代投入商用以来，被全球超过 100 个国家使用。为适应各国无线电频率分配的不同情况，GSM 系统可以在多个不同的频段工作，常见的典型频段有：GSM 850，GSM 900，DCS 1800及 PCS 1900。

GSM 850 主要用美国、南美洲国家以及亚洲部分国家
P-GSM 900 是 GSM 最先实现的频段，也是使用最广的频段：欧洲、中东、非洲、大洋洲以及亚洲的大部分区域，也包括南美洲和中美洲的部分国家
E-GSM 900 是增强型的 GSM 900，是扩展频段，减轻频谱资源的压力
GSM 1800 适用于对信道容量需求大的市场，应用范围仅次于 GSM 900，而在英国又被称为 DCS 1800 (Digital Cellular System at 1800 MHz)
GSM 1900 主要用于美洲国家，由于与 GSM 1800 频率有重叠，所以二者不能兼容。美国联邦通讯委员会将该频段的GSM 命名为PCS 1900 (Personal Communications Service at 1900 MHz)
中国主要使用 GSM-900, GSM-1800 频段

四、GSM 的传输技术

GSM 采用时分多址（TDMA）、频分多址（FDMA）和频分双工（FDD）制式。GSM 有两个工作频段，上行链路用于移动台发射信号，下行链路用于基站发射信号。频道间隔 200 KHz。每载波含 8 个时隙，时隙宽为 0.577 ms，每个时隙容纳一个突发脉冲，8 个时隙构成一个 TDMA 帧，帧长为 4.615 ms。

GSM 语音或数据信号采用高斯最小频移键控（GMSK）方式进行调制。信道编码主要采用卷积码。

下图为 GSM 时隙结构示意图：

五、GSM 技术的扩展

在以 GSM 技术为首的第二代移动通信技术逐步成熟后，通信技术研究协会开始着手准备探索第三代移动通信技术。在 GSM 技术的基础上，又新推出了两项从 2G 过渡到 3G 的通信技术——GPRS 和EDGE。

GPRS（General Packet Radio Services）：通用分组无线服务技术的简称。GPRS 是 GSM 移动电话用户可用的一种移动数据业务。GPRS 可说是 GSM 的延续。GPRS 和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS 的传输速率可提升至 56 甚至 114 Kbps。

GPRS 经常被描述成“2.5 G”，也就是说这项技术位于第二代和第三代移动通讯技术之间。它通过利用 GSM 网络中未使用的 TDMA 信道，提供中速的数据传递。

EDGE（Enhanced Data Rate for GSM Evolution ）：增强型数据速率 GSM演进技术。EDGE 是一种介于现有的第二代移动网络与第三代移动网络之间的过渡技术，比“2.5 G”技术 GPRS 更加优良，因此也有人称它为“2.75代”技术。其能够与以后的 WCDMA 制式共存，这也正是其所具有的弹性优势。

EDGE 主要是在 GSM 系统中采用了一种新的调制方法，即先进的多时隙操作和 8 PSK 调制技术。由于 8 PSK 可将现有 GSM 网络采用的 GMSK 调制技术的符号携带信息空间从 1 扩展到 3，从而使每个符号所包含的信息是原来的 3 倍。

下表为 GPRS 和 EDGE 两种技术特性的对比：