GSM移动通信及协议栈基础知识

1 、GSM简述

GSM全名为：Global System for MobileCommunications，中文为全球移动通讯系统，俗称"全球通"，是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，其开发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。

2、GSM发展历史

蜂窝移动通信的出现可以说是移动通信的一次革命。其频率复用大大提高了频率利用率并增大了系统容量，网络的智能化实现了越区转接和漫游功能，扩大了客户的服务范围，但上述模拟系统有四大缺点：(1)各系统间没有公共接口；(2) 很难开展数据承载业务；(3) 频谱利用率低，无法适应大容量的需求；(4)安全保密性差，易被窃听，易做“假机”。尤其是在欧洲系统间没有公共接口，相互之间不能漫游，对客户造成很大的不便。GSM数字移动通信系统源于欧洲。早在1982年，欧洲已有几大模拟蜂窝移动系统在运营，例如北欧多国的NMT(北欧移动电话)和英国的TACS(全接入通信系统)，西欧其它各国也提供移动业务。当时这些系统是国内系统，不可能在国外使用。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，北欧国家向CEPT(欧洲邮电行政大会)提交了一份建议书，要求制定900MHz频段的公共欧洲电信业务规范。在这次大会上就成立了一个在欧洲电信标准学会(ETSI)技术委员会下的“移动特别小组(GroupSpecial Mobile)”，简称“GSM”，来制定有关的标准和建议书。

　　我国自从1992年在嘉兴建立和开通第一个GSM演示系统，并于1993年9月正式开放业务以来，全国各地的移动通信系统大多采用GSM系统，使得GSM系统成为目前我国最成熟和市场占有量最大的一种数字蜂窝系统。截至2002年11月，中国手机用户2亿，比2001年年底新增5509.2万。

　　目前我国主要的两大GSM系统为GSM900及GSM1800，由于采用了不同频率，因此适用的手机也不尽相同。不过目前大多数手机基本是双频手机，可以自由在这两个频段间切换。欧洲国家普遍采用的系统除GSM900和GSM1800外加入了GSM1900，手机为三频手机。在我国随着手机市场的进一步发展，现也已出现了三频手机，即可在GSM900\GSM1800\GSM1900三种频段内自由切换的手机，真正做到了一部手机可以畅游全世界。

早期来看，GSM900发展的时间较早，使用的较多，反之GSM1800发展的时间较晚。物理特性方面，前者频谱较低，波长较长，穿透力较差，但传送的距离较远，而手机发射功率较强，耗电量较大，因此待机时间较短；而后者的频谱较高，波长较短，穿透力佳，但传送的距离短，其手机的发射功率较小，待机时间则相应地较长。

紧急呼叫是GSM系统特有的一种话音业务功能。即使在GSM手机设置了限制呼出和没有插入用户识别卡(SIM)的情况下，只要在GSM网覆盖的区域内，用户仅需按一个键，便可将预先设定的特殊号码(如110、119、120等)发至相应的单位(警察局、消防队、急救中心等)。这一简化的拨号方式是为在紧急时刻来不及进行复杂操作而专门设计的。

3、GSM的特点

　　GSM系统有几项重要特点：防盗窃能力佳、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。

　　技术特点：(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，使同频复用载干比要求降低至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，而且包括网络之间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。

4、GSM的频段

目前，中国移动、中国联通各拥有一个GSM网，为世界最大的移动通信网络。GSM系统包括 GSM900：900MHz、GSM1800：1800MHz 及GSM1900：1900MHz等几个频段。即GSM900、DCS1800和PCS1900三个频段，一般的所谓的双频手机就是在GSM900和DCS1800频段切换的手机。PCS1900(PCS1900- Personal Communications System operating in the 1,900MHzband.)则是别的一些国家使用的频段(如美国)。

　　GSM900/DCS1800/PCS1900的区别: GSM900是初始的GSM 系统, MOBILE的功率从输出1W-8W, GSM900的通道从1~124, DCS1800的通道从512~885; DCS1800是低功率的,最高是1W;

GSM900的频段：GSM900小区半径为35km，上行频段为890~915MHz，下行频段为935~960MHz。PHASE2：890~915MHz和935~960MHz；通道号1~124。上行和下行组成一频率对，上行就是手机发射、基站接收；下行就是基站到手机。

GSM1800的频段：小区半径为2km(由于1800MHz手机的低功率)；上行频段为1710~1785MHz，下行频段为1805~1880MHz。PHASE2：SAME；通道号：512~885，为高密度的用户。

　　GSM1900的频段：上行频段为1850~1910MHz，下行频段为1930~1990MHz。