第１章　GSM系統(tǒng)概述

數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)

第１章概述

了解移動(dòng)通信的發(fā)展現(xiàn)狀，把握移動(dòng)通信的發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)該是學(xué)習(xí)“數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)”這門課程的基礎(chǔ)。

本章主要內(nèi)容如下： 移動(dòng)通信不同發(fā)展階段的特點(diǎn)； 全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）的發(fā)展歷程、技術(shù)規(guī)范，GSM的業(yè)務(wù)；

GPRS、EDGE的特點(diǎn)，GSM、GPRS及EDGE的關(guān)系； 第三代移動(dòng)通信的發(fā)展過(guò)程，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)； 第三代移動(dòng)通信的演進(jìn)路徑。

移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)介1.1移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)介1.2GPRS與EDGE1.3第三代移動(dòng)通信及其演進(jìn)1.41.1移動(dòng)通信發(fā)展簡(jiǎn)介

1897年是人類移動(dòng)通信元年。這一年，M.G.馬可尼在陸地與一只拖船之間完成了一項(xiàng)無(wú)線通信試驗(yàn)，由此揭開(kāi)了世界移動(dòng)通信歷史的序幕。

現(xiàn)代移動(dòng)通信的出現(xiàn)，為人們帶來(lái)了無(wú)線電通信的更大自由和便捷，其已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)中不可或缺的生活必需品和通信手段?，F(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展始于20世紀(jì)20年代，大致經(jīng)歷了6個(gè)發(fā)展階段。

第1階段從20世紀(jì)20年代至40年代，為早期起步階段。 第2階段從20世紀(jì)40年代中期至60年代初期。 第3階段從20世紀(jì)60年代中期至70年代中期。

第4階段從20世紀(jì)70年代中期至80年代中期。 第5階段從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始至90年代后期。 第6階段從20世紀(jì)90年代后期至今。

圖1-1蜂窩通信示意圖1.2全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）

GSM全稱數(shù)字蜂窩全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GlobalSystemforMobileCommunication），它依照歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織（ETSI）制定的GSM規(guī)范研制而成，是第二代移動(dòng)通信技術(shù)（2G）。

其開(kāi)發(fā)目的是讓全球各地可以共同使用一個(gè)移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，讓用戶使用一部手機(jī)就能行遍全球。

1.2.1

GSM的技術(shù)規(guī)范

GSM系列規(guī)范是由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織（EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute，ETSI）組建的不同工作組和專家組編寫而成的。

為了保證GSM網(wǎng)絡(luò)內(nèi)現(xiàn)有的和將來(lái)的業(yè)務(wù)開(kāi)展，在制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)必須考慮兼容性的要求。GSM的發(fā)展歷程是與GSM標(biāo)準(zhǔn)不斷完善的步調(diào)相一致的。

1．GSM的發(fā)展歷程

2．GSM規(guī)范

GSM標(biāo)準(zhǔn)共有12章規(guī)范系列，主要內(nèi)容如下：

01系列：概述

02系列：業(yè)務(wù)方面

03系列：網(wǎng)絡(luò)方面

04系列：MS-BS接口（空中接口第2、3層）

05系列：無(wú)線路徑上的物理層（空中接口第1層）

06系列：語(yǔ)音編碼規(guī)范

07系列：對(duì)移動(dòng)臺(tái)的終端適配

08系列：BS到MSC接口（A和Abis接口）

09系列：網(wǎng)絡(luò)互連

10系列：暫缺

11系列：設(shè)備和型號(hào)批準(zhǔn)規(guī)范

12系列：操作和維護(hù)

1.2.2

GSM的主要特征（1）頻譜效率高（2）容量大（3）開(kāi)放的接口大業(yè)（4）高安全性（5）以SIM卡為基礎(chǔ)的漫游（6）與ISDN、PSTN等的互聯(lián)

1.2.3

GSM的業(yè)務(wù)

GSM業(yè)務(wù)就是GSM為滿足用戶的通信要求而向用戶提供的電信服務(wù)。按照ISDN對(duì)業(yè)務(wù)的分類方法，GSM對(duì)提供的業(yè)務(wù)進(jìn)行了分類，主要分為基本業(yè)務(wù)和附加業(yè)務(wù)兩大類。

圖1-2所示為GSM業(yè)務(wù)分類示意圖?；緲I(yè)務(wù)按功能又可分為電信業(yè)務(wù)或稱用戶終端業(yè)務(wù)（Teleservices）和承載業(yè)務(wù)（BearerServices），這兩種業(yè)務(wù)是獨(dú)立的通信業(yè)務(wù)，如圖1-3所示。

圖1-2

GSM業(yè)務(wù)分類

圖1-3

GSM支持的基本業(yè)務(wù)

1．用戶終端業(yè)務(wù) 用戶終端業(yè)務(wù)是指為用戶通信提供的包括終端設(shè)備功能在內(nèi)的完整能力的通信業(yè)務(wù)。

2．承載業(yè)務(wù) 承載業(yè)務(wù)提供用戶接入點(diǎn)，即用戶與網(wǎng)絡(luò)接口間的信號(hào)傳輸能力，主要包括同步或異步的電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

3．附加業(yè)務(wù) 附加業(yè)務(wù)是對(duì)基本業(yè)務(wù)的改進(jìn)和補(bǔ)充，它不能單獨(dú)向用戶提供，而必須與基本業(yè)務(wù)一起提供。

（1）計(jì)費(fèi)提示（AOC）（2）呼出限制（3）呼入限制（4）呼叫轉(zhuǎn)移（5）呼叫完成（6）號(hào)碼識(shí)別

1.3

GPRS與EDGE

1．通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)（GPRS）

GPRS（GeneralPacketRadioService）是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)的英文縮寫，也是通常所指的2.5G移動(dòng)通信系統(tǒng)之一。

GPRS基于分組交換技術(shù)，只要在GSM網(wǎng)上增加一些GPRS節(jié)點(diǎn)，就可提供高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

GPRS網(wǎng)絡(luò)是存在于應(yīng)用層之下的承載網(wǎng)絡(luò)，它用以承載IP或X.25等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

2．增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率GSM技術(shù)（EDGE）

EDGE（EnhancedDataratesfortheGSMEvolution），即增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率GSM技術(shù)，是通常所說(shuō)的2.75G移動(dòng)通信系統(tǒng)之一。

EDGE技術(shù)包括基于電路交換GSM網(wǎng)絡(luò)的增強(qiáng)電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（ECSD），基于包交換GPRS網(wǎng)絡(luò)的增強(qiáng)通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)（EGPRS），基于D-AMPS網(wǎng)絡(luò)的增強(qiáng)技術(shù)EDGE壓縮技術(shù)（EDGECompact）。

3．GPRS演進(jìn)到EDGE

從GSM網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)到GPRS網(wǎng)絡(luò)，完成無(wú)線系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載，是移動(dòng)業(yè)務(wù)發(fā)展的關(guān)鍵一步。

目前GPRS系統(tǒng)依附于原有GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組網(wǎng)和發(fā)展，所以系統(tǒng)容量受到限制。

由于EGPRS與GPRS系統(tǒng)差別不大，EGPRS對(duì)現(xiàn)有GPRS系統(tǒng)的影響基本上僅限于基站子系統(tǒng)部分。

4．GPRS網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)（1）承載業(yè)務(wù)。 承載業(yè)務(wù)支持在用戶與網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅?。提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)業(yè)務(wù)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)業(yè)務(wù)兩種承載業(yè)務(wù)。 ①點(diǎn)對(duì)點(diǎn)業(yè)務(wù)（PTP） ②點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)業(yè)務(wù)（PTM）

（2）用戶終端業(yè)務(wù)。

GPRS支持電信業(yè)務(wù)，提供完全的通信業(yè)務(wù)能力，包括終端設(shè)備能力。用戶終端業(yè)務(wù)可以分為基于PTP的用戶終端業(yè)務(wù)和基于PTM的用戶終端業(yè)務(wù)。

①基于PTP的用戶終端業(yè)務(wù)有報(bào)文傳送、檢索、遙信等。 ②基于PTM的用戶終端業(yè)務(wù)有調(diào)度、會(huì)議、預(yù)定發(fā)送等點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)。1.4第三代移動(dòng)通信及其演進(jìn) 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)稱3G，又被ITU稱為IMT-2000，指在2000年左右開(kāi)始商用并工作在2000MHz頻段上的國(guó)際移動(dòng)通信系統(tǒng)。

IMT-2000的標(biāo)準(zhǔn)化工作開(kāi)始于1985年，在歐洲被稱為通用移動(dòng)通信系統(tǒng)（UniversalMobileTelecommunicationsSystem，UMTS）。

第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范具體由第三代移動(dòng)通信合作伙伴項(xiàng)目（3GPP）和第三代移動(dòng)通信合作伙伴項(xiàng)目二（3GPP2）分別負(fù)責(zé)。

1.4.1第三代移動(dòng)通信

1．3G的目標(biāo)（1）全球統(tǒng)一頻譜、標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)全球無(wú)縫漫游。（2）更高的頻譜效率，更低的建設(shè)成本。

（3）能提供較高的服務(wù)質(zhì)量和保密性能。（4）能提供足夠的系統(tǒng)容量，方便2G系統(tǒng)的過(guò)渡和演進(jìn)。

（5）能提供多種業(yè)務(wù)，適應(yīng)多種環(huán)境，快速移動(dòng)環(huán)境中最高傳輸速率可達(dá)144kbit/s，室外到室內(nèi)或步行環(huán)境中最高傳輸速率達(dá)到384kbit/s，室內(nèi)環(huán)境中最高傳輸速率達(dá)到2Mbit/s。

2．第三代移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

圖1-4

3G的主流標(biāo)準(zhǔn)

3．3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展進(jìn)程（1）WCDMA/TD-SCDMA發(fā)展歷程。（2）cdma2000發(fā)展歷程。 ①cdma2000無(wú)線技術(shù)的發(fā)展歷程 ②cdma2000核心網(wǎng)發(fā)展歷程

4．IMT-2000的頻譜劃分

圖1-5

WRC2000頻譜安排

圖1-6中國(guó)3G的頻譜安排

1.4.2第三代移動(dòng)通信業(yè)務(wù)

3G業(yè)務(wù)可以從不同的角度進(jìn)行不同的分類，不同分類所屬的各種業(yè)務(wù)可以是相互交疊的。

基于GSM網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的分類，UMTS論壇將3G業(yè)務(wù)分為6類，即移動(dòng)Internet接入、定制信息和娛樂(lè)業(yè)務(wù)、多媒體短消息業(yè)務(wù)、基于位置的業(yè)務(wù)、移動(dòng)Intranet/Extranet接入業(yè)務(wù)和增強(qiáng)語(yǔ)音（含可視電話服務(wù)）。

按照應(yīng)用層QoS的業(yè)務(wù)分類，3GPP定義了4種基本業(yè)務(wù)類型，即會(huì)話類業(yè)務(wù)、流媒體類業(yè)務(wù)、交互類業(yè)務(wù)和背景類業(yè)務(wù)；按照媒體的表現(xiàn)形式，3G業(yè)務(wù)可以分為文本業(yè)務(wù)、視頻業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)。下面根據(jù)用戶的體驗(yàn)來(lái)分類介紹3G業(yè)務(wù)。

1．通信類業(yè)務(wù) 通信類業(yè)務(wù)通常包括基礎(chǔ)話音業(yè)務(wù)、視像業(yè)務(wù)，以及利用手機(jī)終端進(jìn)行即時(shí)通信的相關(guān)業(yè)務(wù)。

2．娛樂(lè)類業(yè)務(wù) 音樂(lè)、影視的點(diǎn)播業(yè)務(wù)，體育新聞的點(diǎn)播與體育賽事的精彩預(yù)告、回顧，圖片、鈴聲下載以及互動(dòng)游戲等。

3．資訊類業(yè)務(wù) 新聞?lì)愘Y訊、財(cái)經(jīng)類資訊、便民類資訊等。用戶可以在手機(jī)屏幕上獲取移動(dòng)銀行、電話簿、交通實(shí)況、黃頁(yè)、票務(wù)預(yù)訂、餐館等服務(wù)。

4．互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)

3G通常被認(rèn)為是移動(dòng)通信與互聯(lián)網(wǎng)融合的一個(gè)典型運(yùn)用。

5．金融業(yè)務(wù) 利用手機(jī)終端訪問(wèn)電子商務(wù)網(wǎng)站，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上支付。

6．位置服務(wù) 通過(guò)GPS指示用戶所在位置及給出所在位置附近的有用信息，利用位置服務(wù)跟蹤車輛、特定個(gè)人等。

7．監(jiān)控服務(wù) 通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)器人或家用電器來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，通過(guò)移動(dòng)終端完成健康狀況監(jiān)測(cè)等。

1.4.3第三代移動(dòng)通信演進(jìn)

3G標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)提出好多年了，3G網(wǎng)絡(luò)的首次商用成功（2001年10月，日本運(yùn)營(yíng)商N(yùn)TTDoCoMo的WCDMA正式投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)）距今也已經(jīng)過(guò)去了近七年。

目前，我們經(jīng)常提到的3G標(biāo)準(zhǔn)也不是特指1999年11月在芬蘭赫爾辛基召開(kāi)的ITUTG8/1第18次會(huì)議上最終確定的WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)。

由于3G技術(shù)的不斷演進(jìn)、不斷完善和不斷創(chuàng)新，表現(xiàn)為3G標(biāo)準(zhǔn)的不確定性。

WCDMA已經(jīng)演進(jìn)到WCDMAHSPA（HSDPA/HSUPA）；而CDMA2000也已經(jīng)演進(jìn)到CDMA20001xEV-DO/EV-DV；中國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)，也演進(jìn)到了TDDHSDPA/HSUPA的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方案。

寬帶無(wú)線接入技術(shù)是指以無(wú)線傳輸方式向用戶提供接入寬帶固定網(wǎng)絡(luò)的接入技術(shù)，是近幾年通信領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)話題，其中WiMAX技術(shù)作為支持固定和一定移動(dòng)性的城域?qū)拵o(wú)線接入技術(shù)，是目前業(yè)界最為關(guān)注的寬帶無(wú)線接入技術(shù)之一。

WiMAX應(yīng)用了高階調(diào)制、混合自動(dòng)重傳、自適應(yīng)編碼調(diào)制、信道質(zhì)量反饋、快速分組調(diào)度等關(guān)鍵技術(shù)。

圖1-7

3G演進(jìn)的3條路徑

為滿足移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)性能的要求，研究開(kāi)發(fā)速率更高、性能更先進(jìn)的新一代移動(dòng)通信技術(shù)正成為世界各國(guó)和相關(guān)機(jī)構(gòu)關(guān)注的重點(diǎn)。

這種在第三代移動(dòng)通信技術(shù)之后的新技術(shù)也被稱為超3G/后3G（SystemsbeyondIMT-2000，B3G）技術(shù)或第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）。

小結(jié)（1）現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展始于20世紀(jì)20年代，經(jīng)歷了6個(gè)發(fā)展階段。隨著信息社會(huì)對(duì)無(wú)線Internet業(yè)務(wù)需求的日益增長(zhǎng)，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)2Mbit/s的最高傳輸速率已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)正逐步采用各種速率增強(qiáng)型技術(shù)。

（2）GSM系統(tǒng)是1991年開(kāi)始投入使用的，較之前采用的模擬蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)，GSM數(shù)字網(wǎng)具有較強(qiáng)的保密性和抗干擾性，音質(zhì)清晰，通話穩(wěn)定，并具備容量大，頻率資源利用率高，接口開(kāi)放，功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)。

（3）GSM按照ISDN對(duì)業(yè)務(wù)的分類方法對(duì)其業(yè)務(wù)進(jìn)行了分類，業(yè)務(wù)分為基本業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)。基本業(yè)務(wù)按功能又可分為電信業(yè)務(wù)（又稱用戶終端業(yè)務(wù)）和承載業(yè)務(wù)。

（4）GPRS網(wǎng)絡(luò)是存在于應(yīng)用層之下的承載網(wǎng)絡(luò)，它用以承載IP或X.25等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，GPRS網(wǎng)絡(luò)可以像局域網(wǎng)一樣實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的TCP/IP應(yīng)用，GPRS能提供Internet和其他分組網(wǎng)絡(luò)的全球性接入。

GPRS是一組新的GSM承載業(yè)