GSM蜂窝移动通信系统详解：原理、结构与应用

本章主要探讨的是GSM（全球系统移动通信）数字蜂窝移动通信系统，它是现代移动通信技术的核心组成部分。GSM系统是一种广泛应用于全球的第二代蜂窝通信标准，它采用的是数字信号处理技术，实现了高效、可靠和大容量的移动通信。 5.1 蜂窝概念 蜂窝网络的概念源于蜂巢的结构，通过将服务区域划分为多个相互独立的小区，每个小区由一个基站覆盖，避免了单一基站导致的信号重叠和干扰。这样不仅提高了频率利用率，还能有效扩展服务范围。 5.2 GSM系统原理 GSM系统基于时分多址（TDMA）和频率分复用技术。它采用了复杂的编码和调制方法，如GMSK（极化码移键振幅调制），确保了数据传输的可靠性和保密性。GSM还使用了语音编码技术，如CEPT（欧洲电话标准）和EFR（增强型全速率）来提供高质量的语音通话。 5.3 系统总体与接口 GSM系统包括移动台、基站子系统（BSS）、网络子系统（NSS）以及操作维护子系统（OSS）。移动台与基站通过空中接口进行通信，而基站之间则通过陆地或卫星电路连接。系统间接口允许GSM与其他通信网络（如ISDN）协同工作。 5.4 区域与号码 GSM采用全球唯一的移动识别码（IMSI）和位置区识别码（LAI）来区分不同区域和用户。大区制和小区制是两种常见的网络结构，前者服务于较大区域，后者通过划分小区提高频率效率和容量。 5.5 信道配置与管理 GSM系统利用不同的时隙和频率信道来支持多个用户同时通信，通过跳频技术减少同频干扰。基站对信道的管理和分配对于保证服务质量至关重要。 5.6 控制与管理 GSM的网络控制主要由NSS负责，包括鉴权中心、移动交换中心（MSC）和拜访位置寄存器（VLR）等组件，确保用户身份验证和呼叫路由。 5.7 GPRS（通用分组无线业务） GSM的后续演进技术GPRS引入了分组数据服务，使得手机不仅能进行语音通话，还能支持数据传输，如电子邮件、网页浏览等。GPRS使用了电路切换和分组数据交换技术的混合模式，提供了一种灵活的数据通信方式。 思考题与习题围绕以上内容展开，要求学生深入理解GSM系统的架构、工作原理以及其在实际应用中的优势和局限性，特别是频谱管理和优化技术。 总结来说，GSM数字蜂窝移动通信系统是移动通信领域的重要里程碑，它展示了如何通过技术进步解决容量需求、频率管理和信号干扰等问题，为后续移动通信技术的发展奠定了基础。