移动设备管理(MDM)与OMA OTA DM协议向导(四)——GSM 系统

移动设备管理(MDM)与OMA OTA DM协议向导(四)——GSM 系统

1. 第一代模拟蜂窝系统（1G）
   1971年12月，贝尔（Bell）公司向美国联邦通信委员会（FCC）提交了蜂窝移动
通信系统HCMTS的建议。蜂窝的意思是将一个大的区域划分为几个小区，相邻小区
使用不同频率进行传输，以避免相互干扰。他的主要目的是在大范围内为有限的用
户提供移动通信服务。
   第一代模拟蜂窝系统是一个严重依赖公共电话网络基础设施的集中式管理结
构，系统的中心要素是移动交换中心，该中心集中了所有交换功能和无线资源管理
功能，如下图所示：



第一代典型的蜂窝系统有：
   （1）Radiocom 2000系统：由 MATRA 通信公司开发的一个移动通信系统，由法
国电信公司独家运营。这一系统在1986年开始运营。
   （2）NMT系统：是在20世纪七十年代由北欧国家的电信部门共同发站起来的基
于通用规范的移动通信系统。第一个NMT系统可回溯到1981年，从那时起全球许多
国家都采用这一规范。
   （3）AMPS 系统：由贝尔实验室发明，1978年，第一个AMPS系统在美国芝加哥
开通，几年后，这一蜂窝系统开始在全球商业运营。
   第一代移动通信以频分多址FDMA(Frequency Division Multiple Access)为基
础，1G的发展和需求大大超出了人们原有的预测。


2. FDMA、TDMA、CDMA
    在移动通信系统中划分时代的一个主要的依据是系统中采用的多址方式的不
同。多址是指对于系统中服务的众多用户，需要根据一定的特性来区别用户，就像
一个班级中要给每个学生一个学号，在通信系统中也需要给每个用户一个标志，用
来区分用户，避免语音信号间的干扰。
　　不管在怎样的无线通信网络中首先要面对的就是如何区分用户的问题，也就是
多址方式的问题。多址技术可以令多个用户共用一份资源，而且在相互间尽量避免
干扰。
    主要包含以下三类多址技术：
       （1）频分多址FDMA (Frequency Division Multiple Access)：采用调频
的多址技术。业务信道在不同的频段分配给不同的用户。如TACS系统、AMPS系统
等。
       （2）时分多址TDMA(Time Division Multiple Access)：采用时分的多址
技术。业务信道在不同的时间分配给不同的用户。如GSM系统、DAMPS系统等
       （3）码分多址CDMA(Code Division Multiple Access)：采用扩频的码分
多址技术。所有用户在同一时间、同一频段上，根据不同的编码获得业务信道。如
CDMA 1.x系统等。
     以一个形象的比喻来简单说明这三种多址方式:在一个大房间里正在举办一场
鸡尾酒会，与会的人很多，场面很热闹，如果大家谈话的方式是一个人在说话的时
候，其他人都不能说话，这样就可以保证所有人都能听到这个人说话的内容，也就
是同一时刻只能有一个人说话，这种方式就是TDMA;如果把所有与会者分成若干
组，每个组内的成员分别讨论，而不去理会其他组的人在说什么，这样同时有多个
人在说话，但是也不会互相影响，这种方式就类似于FDMA中按不同频率划分用户，
可以使多个用户同时进行通信;如果每一对聊天的人说一种语言，而且只会说这一
种语言，每对人使用的语言都不相同，讲汉语的人听不懂法语，这样大家即使同时
都在聊天，其他人的话对于不懂这门语言的人来说就是噪音，不会影响自己的谈
话，这就是CDMA的原理——为每个用户分配不同的编码形式，对于其他用户来说虽然
也能收到该用户的信号，但是解码不匹配就不能理解，这样的信号就被当作噪声而
抛弃。    
     第一代模拟系统采用给每个用户分配一定的频率，通过频率的不同来标识每
个用户，而模拟手机终端也通过接收自己频率上的信号同时屏蔽其他频率上的信号
来达到通信的目的。因此可以看出，对频率资源的有效利用直接影响着系统的容
量，即在一定频率范围内所能容纳的用户数量。在移动通信系统中更高的频谱资源
的利用率始终是技术上不断追求的目标。

3. 为什么需要GSM（2G）
    模拟蜂窝系统（1G）的发展和需求大大超出了人们原有的预测。在短短几年
间，1G系统就面临着阻塞概率增高，呼叫中断率增高，蜂窝干扰增大,迫切需要增
容的压力。但由于1G系统本身的缺陷（如频谱利用率底、保密性能差等），系统的
设计容量远远不能满足需求。同时由于1G系统有多种版本，这为跨区域的移动通信
带来不便。

4. 什么是GSM
   1982年，欧洲邮电管理委员会（CEPT）成立了移动通信特别小组（GSM），开发
数字蜂窝移动通信技术，即全球移动通信系统(Global System for Mobile
Communication，GSM)，俗称“全球通”。1991年GSM系统正式在欧洲问世，中国于20
世纪90年代初引进该标准。GSM开发目标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，但是第二代在发展中没有形成统一
的标准。在欧洲建立了以TDMA为基础的GSM系统，在美国建立了以 FDMA 和 CDMA
为基础的 IS－95系统，在日本形成以TDMA 为基础的JDC系统。这些系统无法实现
全球漫游。

5. GSM系统网络框架
蜂窝移动通信系统主要是由交换网路子系统（NSS）、无线基站子系统(BSS)和移动
台（MS）三大部分组成，如图所示。其中NSS与BSS之间的接口为“A”接口，BSS与MS
之间的接口为“Um”接口。

 

（1）无线基站子系统(BSS)
通过空中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，由MSC控
制。可分为基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。
1) 基站控制器（BSC）：具有对一个或多个BTS进行控制的功能，它主要负责无线
网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是个很强的业务
控制点。
2) 基站收发信台（BTS）：无线接口设备，它完全由BSC控制，主要负责无线传
输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。

（2）交换网路子系统（NSS）
主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理。  NSS 由一系列功能实
体所构成，各功能实体介绍如下：
1) 移动业务交换中心（MSC）：是GSM 系统的核心，是对位于它所覆盖区域中的移
动台（MS）进行控制和完成话路交换的功能实体，也是移动通信系统与其它公用通
信网之间的接口。
2) 访问用户位置寄存器（VLR）：是一个数据库，是存储MSC为了处理所管辖区域
中MS的来话、去话呼叫所需检索的信息，例如客户的号码，所处位置区域的识别，
向客户提供的服务等参数。
3) 归属用户位置寄存器（HLR）：是一个数据库，是存储管理部门用于移动客户管
理的数据。每个移动客户都应在其归属位置寄存器（HLR）注册登记，它主要存储
两类信息：一是有关客户的参数；二是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至
移动台的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等。
4) 鉴权中心（AUC）：用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加
密的参数的功能实体。
5) 移动设备识别寄存器（EIR）：是一个数据库，存储有关移动台设备参数。主要
完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台的使用。

（3）操作维护子系统（OSS）
主要是对整个GSM网路进行管理和监控。通过它实现对GSM网内各种部件功能的监
视、状态报告、故障诊断等功能。
 

6. GSM系统的业务
GSM主要能提供语音业务，和短消息服务，GSM可提供三类业务：
（1）承载业务：即语音业务；
（2）远程业务：即短消息业务；
（3）附加业务：号码识别、呼叫会送、会议呼叫、资费服务。

7. OMA-DM over GSM
  基于GSM网络的OMA设备管理，DM服务器可以通过GSM信令通道或CSD通道与设备进
行交互。通过GSM信令通道的数据传输包含两种方式，一种是通过短消息业务，另
一种是通过USSD业务 。
点对点的短消息（SMS）业务能够使GSM数字移动通信网的用户可以发出或接收长度
有限（不超过140个字节）的数字或文字消息，并且短消息的收发不影响通话；短
消息业务可以使网络端知道被叫方是否已经收到短消息,如果传送失败，被叫方没
有回答确切消息,网络一侧会保留所传的消息，一旦网络发现被叫方能被叫通时，
消息能被重发以确保被叫方能够收到，称作存储转发机制。
  USSD（Unstructured Supplementary Service Data）业务与短消息业务（SMS）
都是通过信令通道传递的。不同之处在于短消息属于存储转发方式，USSD则属于面
向对话方式。当用户访问USSD业务时，该对话通路保持连接，直到对话结束。USSD
业务在大陆地区应用尚不普遍，但在香港地区及国外都有应用，如：香港数码通采
用SemaVision公司的USSD网关，实现“SmartInfo”业务，用户输入特定的USSD业务
代码，继而用短消息方式接收股票交易、外汇交易等信息。USSD业务的数据长度限
制在160个字节。
    GSM的短消息（SMS）业务和USSD业务利用信令通道传输，优点在于手机无需在
线, 服务费用低，适用于数据量较小的OMA-DM业务。

基于短消息（SMS）的数据传输如图：
 


基于USSD的数据传输如图：
 


UDCP：负责管理USSD会话以及上层于WAP网关或服务器的连接。


CSD(circuit switch data)，电路（循环）交换数据技术。CSD是在GSM上最早实现
的上网方式，用模拟式数据传输。CSD是基于GSM语音通道的电路交换系统，因此与
语音不能同时进行，这与我们使用拔号上网类似。CSD理论速率为9.6kbps。例如中
国移动推出的“移动梦网”业务。
基于CSD的数据业务，可以实现手机与WAP网关和服务器的直接寻址，不再需要其他
的中间渠道，如短消息中心等等，但CSD业务按照手机在线的时间收费，所以费用
较高。

基于CSD的数据传输如图：
 


       高速电路交换数据服务HSCSD（High Speed Circuit Switched Data）是GSM网络的
升级版本，能够将传输速度大幅提升到平常的二至三倍。目前新加坡M1与新加坡电
讯的移动电话都采用HSCSD系统，其传输速度能够达到57.6kbps