GSM(全球移動(dòng)通訊系統(tǒng))

全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（Global System for Mobile Communications），即GSM，是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)。全球超過200個(gè)國家和地區(qū)超過10億人正在使用GSM電話。GSM標(biāo)準(zhǔn)的廣泛使用使得在移動(dòng)電話運(yùn)營商之間簽署“漫游協(xié)定”后用戶的國際漫游變得很平常。GSM 較之它以前的標(biāo)準(zhǔn)最大的不同是他的信令和語音信道都是數(shù)位的，因此GSM被看作是第二代（2G）移動(dòng)電話系統(tǒng)。GSM標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)前由3GPP組織負(fù)責(zé)制定和維護(hù)。

從用戶觀點(diǎn)出發(fā)， GSM的主要優(yōu)勢在于提供更高的數(shù)位語音質(zhì)量和替代呼叫的低成本的新選擇（比如短信）。從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商角度看來，其優(yōu)勢是能夠部署來自不同廠商的設(shè)備，因?yàn)镚SM作為開放標(biāo)準(zhǔn)提供了更容易的互操作性。而且，標(biāo)準(zhǔn)就允許網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商提供漫游服務(wù)，用戶就可以在全球使用他們的移動(dòng)電話了。

GSM標(biāo)準(zhǔn)在發(fā)展的同時(shí)（例如包數(shù)據(jù)能力在Release '97版本的標(biāo)準(zhǔn)中通過GPRS被加入進(jìn)來），保持與原始的GSM電話向后兼容。更高速度的數(shù)據(jù)傳輸是用EDGE在Release '99版標(biāo)準(zhǔn)中引入的。

歷史

1980年代初，第一代移動(dòng)電話技術(shù)開始應(yīng)用，當(dāng)時(shí)存在眾多互不兼容的標(biāo)準(zhǔn)。僅在歐洲，就有北歐的NMT，英國的TACS，西德等國使用的C-450, 法國的Radiocom 2000和意大利RTMI等。用戶的手機(jī)無法在其他標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)上使用，造成很大的不便。由于這個(gè)原因，西歐國家開始考慮制定一個(gè)統(tǒng)一的下一代移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)，以便能夠提供更多樣的功能和使用戶漫游更加容易。最開始標(biāo)準(zhǔn)起草和制定的準(zhǔn)備工作由歐洲郵電行政大會(huì)〔CEPT〕負(fù)責(zé)管理。具體工作由1982年起成立的一系列“移動(dòng)專家組”負(fù)責(zé)。GSM的名字即是移動(dòng)專家組(法語：Groupe Spécial Mobile)的縮寫。后來這一縮寫的含義被改變?yōu)椤叭蛞苿?dòng)通訊系統(tǒng)”，以方便GSM向全世界的推廣。

1987年5月GSM成員國達(dá)成一致，確定了GSM最重要的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。1989年, 歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)〔ETSI〕從CEPT接手標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。1990年第一版GSM標(biāo)準(zhǔn)完成。1992年1月，芬蘭的Oy Radiolinja Ab成為第一個(gè)商業(yè)運(yùn)營的GSM網(wǎng)絡(luò)。亞洲最早的GSM運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)是香港電訊CSL,。GSM的推出推動(dòng)了移動(dòng)通信的普及，用戶持續(xù)快速增長。1995年，全球用戶達(dá)到1千萬，1998年，達(dá)到一億，2005年已經(jīng)超過15億。[1][2]

1998年，目標(biāo)為制訂接替GSM的第三代移動(dòng)電話（3G）規(guī)范的3GPP啟動(dòng)。3GPP也接受了維護(hù)和繼續(xù)開發(fā)GSM規(guī)范的工作。ETSI是3GPP的成員之一。

在發(fā)展的過程中，GSM系統(tǒng)的功能不斷得到豐富，從而能夠提供更多樣的服務(wù)。由GSM系統(tǒng)首先引入的短信息服務(wù)（SMS）提供了一種新穎、便捷、廉價(jià)的通訊方式。1994年，GSM實(shí)現(xiàn)了基于電路交換的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和傳真服務(wù)。1999年，WAP協(xié)議使得用戶可以通過手機(jī)訪問互聯(lián)網(wǎng)。2000年后開始商用的通用分組無線服務(wù)（GPRS）使得GSM系統(tǒng)能夠以效率更高的分組方式提供數(shù)據(jù)通訊。2003年, EDG　　E技術(shù)開始商用，提供了接近3G的數(shù)據(jù)通訊能力。

目前，3GPP組織還在發(fā)展GSM標(biāo)準(zhǔn)，以便利用已經(jīng)大量部署的GSM基礎(chǔ)設(shè)施，平滑地向3G技術(shù)演進(jìn)。

市場狀況

到2005年全球有超過10億人使用GSM電話，使GSM成為主導(dǎo)的移動(dòng)電話系統(tǒng)，占到全球市場份額的70%。當(dāng)前WCDMA并沒有展現(xiàn)出全部的功能，而GSM的主要競爭CDMA2000（主要在北美、日*本、中國和韓國使用）在全球獲得作為3G標(biāo)準(zhǔn)過渡的有限的增長。因?yàn)閃CDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已經(jīng)起步（至少在高密度的市場），GSM的正在緩慢消亡，但這將持續(xù)相當(dāng)時(shí)間。

在1998到2000年之間導(dǎo)致GSM用戶增長的主要原因是移動(dòng)運(yùn)營商推出預(yù)付費(fèi)電話服務(wù)。它允許那些不能或者不想跟運(yùn)營商簽署合同的的人們使用移動(dòng)電話服務(wù)。這種服務(wù)在歐洲的移動(dòng)運(yùn)營商之間競爭也比較激烈，即使沒有長期的合同，人們也可以從運(yùn)營商那里以很低廉的價(jià)格買到一款手機(jī)。

無線電接口

GSM系統(tǒng)在無線接口上采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)（TDMA），語音或數(shù)據(jù)信號(hào)采用高斯最小頻移鍵控（GMSK）方式進(jìn)行調(diào)制。信道編碼主要采用卷積碼。每個(gè)GSM載頻的帶寬為200KHz，在時(shí)間上以4.615ms(更準(zhǔn)確的說是60/13ms）為一幀，每一幀又順序劃分為8個(gè)時(shí)隙。時(shí)隙是GSM無線接口上資源的最小單位。

作為GSM系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸性能提升的EDGE系統(tǒng)， 調(diào)制方式采用了效率更高的8進(jìn)制相移鍵控（8PSK）。開發(fā)中的EDGE演進(jìn)技術(shù)則將采用32 或16進(jìn)制正交幅度調(diào)制（32或16QAM），每載頻的數(shù)據(jù)傳輸能力可接近1Mbps。

為適應(yīng)各國無線電頻率分配的不同情況，GSM系統(tǒng)可以在多個(gè)不同的頻段工作。 最初的GSM標(biāo)準(zhǔn)定義了900MHz，1800MHz，和1900MHz頻段。此后又補(bǔ)充了850MHz和450MHz，以適合部分地區(qū)的需求。世界大部分地區(qū)采用900M和1800M頻段。美洲的一些運(yùn)營商使用850M和1900M頻段。 400－450M頻段則僅局限于北歐國家的運(yùn)營商。此外，歐盟為鐵路調(diào)度通信需要以GSM為基礎(chǔ)制定的GSM-R系統(tǒng)， 它的工作頻率也在900M頻段。GSM上下行信號(hào)為頻分雙工，上下行信號(hào)采用不同的頻率， 但對(duì)于不同的頻點(diǎn)，上下行頻率之間保持固定的間隔。各頻段的具體頻率范圍和信道號(hào)如下：

頻段　　　　名稱　　　　　信道號(hào)　　　上行(MHz)　　　　下行(MHz)　　　　　　　　其他

GSM 850　　GSM 850        　　128 - 251        824,0 - 849,0        　869,0 - 894,0        　　　美國, 南美洲國家 和 亞洲部分國家。

GSM 900　　P-GSM 900        1-124        890,0 - 915,0        　935,0 - 960,0        　　　GSM最先實(shí)現(xiàn)的頻段，也是使用最廣的頻段。

E-GSM 900　975 - 1023        880,0 - 890,0        　925,0 - 935,0        　　　900M擴(kuò)展頻段

R-GSM 900　　n/a　        　　　876,0 - 880,0        　921,0 - 925,0        　　　鐵路GSM（GSM-R），為鐵路調(diào)度通信系統(tǒng)開發(fā)的特殊版本。

GSM1800　GSM 1800　　　512 - 885        1710,0 - 1785,0　　1805,0 - 1880,0        適用于對(duì)信道容量需求大的市場，應(yīng)用范圍僅次于900M。

GSM1900        GSM 1900        　　512 - 810        1850,0 - 1910,0　　1930,0 - 1990,0        主要用于美洲國家，由于有頻率重疊，與1800M系統(tǒng)不兼容。

GSM網(wǎng)絡(luò)一共有4種不同的蜂窩單元尺寸：宏蜂窩，微蜂窩，微微蜂窩和傘蜂窩。覆蓋面積因不同的環(huán)境而不同。宏蜂窩可以被看作那種基站天線安裝在天線桿或者建筑物頂上那種。微蜂窩則是那些天線高度低于平均建筑高度的那些，一般用于市區(qū)內(nèi)。微微蜂窩則是那種很小的蜂窩只覆蓋幾十米的范圍，主要用于室內(nèi)。傘蜂窩則是用于覆蓋更小的蜂窩網(wǎng)的盲區(qū)，填補(bǔ)蜂窩之間的信號(hào)空白區(qū)域。

蜂窩半徑范圍根據(jù)天線高度、增益和傳播條件可以從百米以下到數(shù)十公里。GSM規(guī)范設(shè)計(jì)的最大小區(qū)半徑，一般情況下為35公里。如果采用擴(kuò)展蜂窩的技術(shù)，則可以達(dá)到120公里以上，適用于一些傳播條件極好的情況。

GSM還支持室內(nèi)覆蓋，通過功率分配器可以把室外天線的功率分配到室內(nèi)天線分布系統(tǒng)上。這是一種典型的配置方案，用于滿足室內(nèi)高密度通話要求，在購物中心和機(jī)場十分常見。然而這并不是必須的，因?yàn)槭覂?nèi)覆蓋也可以通過無線信號(hào)穿越建筑物來實(shí)現(xiàn)，只是這樣可以提高信號(hào)質(zhì)量減少干擾和回聲。

一般在界定無線電接口，會(huì)以信道(Channel)來分，分為邏輯信道(Logical Channel)跟物理信道(Physical Channel)。首先在物理信道定義了實(shí)體網(wǎng)絡(luò)的傳輸單元。

語音編碼

GSM系統(tǒng)最早的語音編碼方案采用規(guī)則脈沖激勵(lì)長時(shí)預(yù)測編碼(REP-LTP)技術(shù)。它產(chǎn)生的編碼速率為13Kbps，每20ms一個(gè)話音幀。話音質(zhì)量平均意見分值（MOS）可達(dá)到3.6。這一方案被稱作全速率編碼（Full Rate，F(xiàn)R）。在FR的基礎(chǔ)上，通過改進(jìn)算法推出了增強(qiáng)型全速率編碼（Enhanced Full Rate，EFR）；在不改變編碼速率的條件下，實(shí)現(xiàn)了更好的話音質(zhì)量。同時(shí)也引入了編碼速率為6.5Kbps的半速率編碼（Half Rate，HR），這樣在犧牲話音質(zhì)量的前提下，系統(tǒng)的容量可以提高一倍。1998年， 3GPP又采納了自適應(yīng)多速率編碼（Adaptive Multi-Rate，AMR）作為語音編碼的增強(qiáng)。AMR包括14種不同速率的編碼算法，其中8種為全速率和6種為半速率，碼率介于12.2Kbps至4.75Kbps之間。系統(tǒng)在通話過程中根據(jù)信道條件和誤碼率實(shí)時(shí)地選擇最佳的編碼速率。在理想情況下，AMR 12.2Kbps的語音MOS可達(dá)4.14。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

GSM系統(tǒng)后面的網(wǎng)絡(luò)被人們看作是極其龐大和復(fù)雜的，這樣就可以提供所有的所需的服務(wù)。它被分成很多的部分，每一部分負(fù)責(zé)其中的一個(gè)功能。

基站子系統(tǒng) (基站及其控制器）.

網(wǎng)絡(luò)和交換子系統(tǒng) (這一部分和固定網(wǎng)絡(luò)最為相似) 有時(shí)也被叫做核心網(wǎng)。

GPRS核心網(wǎng) (可選部分，用于基于報(bào)文的互聯(lián)網(wǎng)連接)。

所有的系統(tǒng)元素組合出許多的類似語音通話和短信這樣的GSM服務(wù)。

身份識(shí)別模塊

GSM的一個(gè)關(guān)鍵特征就是用戶身份模塊 (SIM), 也叫 SIM卡。SIM卡是一個(gè)保存用戶數(shù)據(jù)和電話本的可拆卸智能卡IC。用戶就可以更換手機(jī)后還能保存自己的信息。換句話說用戶也可以使用現(xiàn)在的手機(jī)而使用不同運(yùn)營商的SIM卡。 有些運(yùn)營商為了防止用戶轉(zhuǎn)換到別的網(wǎng)絡(luò)在手機(jī)上做手腳，使得它只能用一個(gè)特定的SIM卡，或者同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的SIM卡，這就是眾所周知的 SIM卡加密, 這在某些國家并不合法。

在美國和歐洲，大部分運(yùn)營商鎖定他們銷售的移動(dòng)電話，這樣做是因?yàn)橐苿?dòng)電話的價(jià)格一般因?yàn)楹炗嗛L期合同大幅減少（例如在歐美市場很多手機(jī)可以通過簽約以原價(jià)格幾十分之一的價(jià)格購買），而運(yùn)營商試圖避免客戶的流失。用戶一般可以通過與運(yùn)營商聯(lián)系付一定費(fèi)用來解除鎖定（俗稱解碼），或者通過一個(gè)專門服務(wù)或者從互聯(lián)網(wǎng)上搜索相關(guān)軟件來解碼。 如果用戶簽署在一段時(shí)期有效地合同（合同帳戶），某些美國運(yùn)營商例如T-Mobile和Cingular,就會(huì)解除對(duì)電話的鎖定。第三方的解碼方法比起運(yùn)營商的來一般更快而且也更便宜。在大多數(shù)國家解除鎖定是合法的。

GSM安全

GSM 被設(shè)計(jì)具有中等安全水平。系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用共享密鑰用戶認(rèn)證。用戶與基站之間的通訊可以被加密。演進(jìn)的 UMTS引入可選的USIM－使用更長鑒別密鑰保證更好的安全以及網(wǎng)絡(luò)和用戶的雙向驗(yàn)證。GSM只有網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶的驗(yàn)證 (而不是雙向驗(yàn)證)。雖然安全模塊提供了保密和鑒別功能，但是鑒別能力有限而且可以偽造。

GSM為了安全使用多種加密算法。A5/1和A5/2兩種串流密碼用于保證在空中信息的保密性。 A5/1是在歐洲范圍使用的強(qiáng)力算法，而A5/2則是在其他國家使用的弱強(qiáng)度算法。在兩種算法中嚴(yán)重漏洞都已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)， 例如一個(gè)單一密文攻擊可能實(shí)時(shí)的中斷掉A5/2. 但是系統(tǒng)支持多個(gè)不同算法，這樣運(yùn)營商就可以換一個(gè)安全等級(jí)更強(qiáng)的。

WCDMA(寬帶碼分多址)

WCDMA（Wide band Code Division Multiple Access 寬帶碼分多址）是一種3G蜂窩網(wǎng)絡(luò)。WCDMA使用的部分協(xié)議與2G GSM 標(biāo)準(zhǔn)一致。

具體一點(diǎn)來說，WCDMA是一種利用碼分多址復(fù)用（或者CDMA 通用 復(fù)用技術(shù)，不是指CDMA標(biāo)準(zhǔn)）方法的寬帶擴(kuò)頻3G移動(dòng)通信空中接口。

歷史上，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（ETSI）在 GSM 之后就開始研究其 3G 標(biāo)準(zhǔn)，其中有幾種備選方案是基于直接序列擴(kuò)頻碼分多址的，而日*本的第三代研究也是使用寬帶碼分多址技術(shù)的，其后，以二者為主導(dǎo)進(jìn)行融合，在3GPP組織中發(fā)展成了第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)UMTS，并提交給國際電信聯(lián)盟（ITU）。

國際電信聯(lián)盟最終接受WCDMA作為IMT-2000 3G標(biāo)準(zhǔn)的一部分。

誤解

名字跟CDMA很相近，同時(shí)WCDMA跟CDMA關(guān)系也很微妙。兩者都基于碼分多址技術(shù)，都使用了美國高通（Qualcomm）的部分專利技術(shù)。一般認(rèn)為WCDMA的提出是部分廠商為了繞開專利陷阱而開發(fā)的，其方案已經(jīng)盡可能地避開高通專利。

在移動(dòng)電話領(lǐng)域，術(shù)語 CDMA 可以代指碼分多址擴(kuò)頻復(fù)用技術(shù)，也可以指美國高通（Qualcomm）開發(fā)的包括cdmaOne（IS-95）和CDMA2000（IS-2000）的CDMA標(biāo)準(zhǔn)族。

在Qualcomm為IS-95協(xié)議使用它之前，CDMA復(fù)用技術(shù)已經(jīng)存在了很長時(shí)間。然而，由于采用CDMA復(fù)用方法是IS-95協(xié)議區(qū)別于當(dāng)時(shí)的GSM（采用TDMA）等其它協(xié)議的主要特征，現(xiàn)在通常將該協(xié)議也稱為CDMA。

WCDMA 也使用CDMA的復(fù)用技術(shù)而且它跟Qualcomm的標(biāo)準(zhǔn)也很相似。但是WCDMA不僅僅是復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)。它是一個(gè)詳細(xì)的定義移動(dòng)電話怎樣跟基站通訊，信號(hào)怎樣調(diào)制，數(shù)據(jù)幀怎么構(gòu)建等的完整的規(guī)范集。

總之：

術(shù)語CDMA在移動(dòng)通訊領(lǐng)域通常特指Qualcomm開發(fā)的CDMA標(biāo)準(zhǔn)族。它們定義了一組移動(dòng)通訊協(xié)議。

CDMA作為復(fù)用技術(shù)，既用于WCDMA空中接口協(xié)議，也用于Qualcomm的CDMA協(xié)議。

WCDMA專指在IMT-2000中定義的移動(dòng)電話協(xié)議。

WCDMA協(xié)議與Qualcomm開發(fā)的CDMA無關(guān)。

CDMA標(biāo)準(zhǔn)族（cdmaOne和CDMA2000）不兼容WCDMA標(biāo)準(zhǔn)族。

當(dāng)前狀況

2001年，日*本NTT DoCoMo公司的FOMA是世界上第一個(gè)商業(yè)運(yùn)營WCDMA服務(wù)。

J-Phone 日*本電話（現(xiàn)軟件銀行）已經(jīng)繼推出基于WCDMA服務(wù)后，聲稱“沃達(dá)豐全球標(biāo)準(zhǔn)”兼容UMTS（盡管2004年時(shí)還有爭議）。

2003年初，和記黃埔 逐步在全球運(yùn)營他們的UMTS網(wǎng)絡(luò)（簡稱3）。

大多數(shù)歐洲GSM運(yùn)營商計(jì)劃未來某個(gè)時(shí)間推出UMTS服務(wù)，盡管有幾個(gè)已經(jīng)把此服務(wù)提到日程上來，有一些甚至從2003年底就開始運(yùn)營UMTS網(wǎng)絡(luò)。

沃達(dá)豐于2004年2月在歐洲多個(gè)UMTS網(wǎng)絡(luò)投入運(yùn)行。沃達(dá)豐還打算在其他國家（包括澳大利亞及新西蘭）建設(shè)UMTS網(wǎng)絡(luò)。

AT&T 無線（現(xiàn)屬于Cingular Wireless）在一些城市開通了UMTS。盡管因?yàn)楣炯娌⑹沟镁W(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)度被延遲，但Cingular已宣布計(jì)劃在2005年與HSDPA一起部署WCDMA。

TeliaSonera于2004年10月13日開始在芬蘭提供384kbps速率的WCDMA服務(wù)。服務(wù)只是在主要城市可用。通訊費(fèi)率大約2美元每兆字節(jié)。

中國聯(lián)通也于2009年5月17日起在中國大*陸提供WCDMA服務(wù)，并開始提供HSDPA服務(wù)（在部分地區(qū)還提供HSUPA服務(wù)）。

產(chǎn)品認(rèn)證

GCF (Global Certification Forum)：現(xiàn)時(shí)是世界主要的2G及3G認(rèn)證機(jī)構(gòu)。

PTCRB：在北美為GSM移動(dòng)設(shè)備（ME）類型認(rèn)證提供框架。

技術(shù)

WCDMA可以使用非成對(duì)或者成對(duì)頻段，雖然所有當(dāng)前WCDMA設(shè)備（例如FOMA and UMTS）使用兩個(gè)5MHz頻段，一個(gè)用于上行一個(gè)用于下行。更多信息請(qǐng)參看擴(kuò)頻。

與其他標(biāo)準(zhǔn)比較

最初CDMA2000計(jì)劃使用多個(gè)1.25MHz載波，但后來放棄了，而WCDMA則使用單一5MHz帶寬載波。

在ITU的IMT-2000標(biāo)準(zhǔn)中，WCDMA被看作CDMA直接序列擴(kuò)頻，而CDMA2000被稱作"多載波CDMA"。

WCDMA 標(biāo)準(zhǔn)族（例如FOMA、UMTS）與CDMA標(biāo)準(zhǔn)族（例如cdmaOne和CDMA2000）不一致。

注：以上內(nèi)容來自維基百科(Wikipedia)