GSM移动通信系统详解：从基础到空中接口

"本文档详细介绍了GSM（全球系统 for Mobile Communications）的基本原理，涵盖了从系统发展、频带划分到服务区域、系统编号、语音处理、空中接口等多个方面，旨在帮助理解移动通信中的GSM技术。" GSM，全称为全球系统 for Mobile Communications，是一种广泛使用的数字移动通信标准，尤其在欧洲和亚洲极为普遍。它始于20世纪80年代，由欧洲邮电行政大会CEPT设立的GSM小组推动，目标是开发第二代（2G）移动通信系统。GSM系统经过一系列的研究、实验和现场测试，最终在1989年成为标准，并于1991年开始在欧洲投入运营。 GSM系统的频带主要分为两个部分：GSM900MHz和DCS1800MHz。这两个频段分别用于发射业务信道和控制信道，且都采用了时分多址（TDMA）技术。发射频带分别为935-960MHz（基站）和890-915MHz（移动台）对于GSM900MHz，而DCS1800MHz则在1805-1880MHz（基站）和1710-1785MHz（移动台）之间。双工间隔分别为45MHz和95MHz，射频载频间隔为200kHz。GSM系统使用了GMSK（高斯滤波最小频移键控）调制方式，传输速率为270.833kbps，全速率话音编译码比特率为139.8kbit/s，采用了RPE-LTP（规则脉冲激励长期预测）编码算法，提供有效的语音压缩和错误保护。 系统构成方面，GSM包括多个子系统，如网络基础设施、基站系统（BSS）、移动台（MS）、操作支持系统（OSS）等，它们通过特定的接口和协议进行通信，如A接口（MSC与BSS之间的接口）、Abis接口（BSC与 BTS之间的接口）等。此外，TC（传输控制）和SM（交换模块）在GSM网络中负责数据传输和呼叫控制。 服务区域在GSM系统中被划分为不同的小区，每个小区通过基站（BTS）提供覆盖，小区半径通常在0.5到35公里之间，根据地形和干扰情况可变。GSM系统编号方案确保了每个移动设备在全球范围内具有唯一的识别号码，这包括国际移动用户标识（IMSI）和临时移动用户标识（TMSI）。 空中接口是移动设备与网络之间的通信路径，包括逻辑信道和物理信道。逻辑信道如BCCH（广播控制信道）、SDCCH（慢速伴随信道）和TCH（话音信道）等，它们承载着各种类型的控制信息和用户数据。逻辑信道通过突发脉冲在物理信道上传输，这些脉冲是短时间间隔的信号爆发，有效地利用了无线频谱。 系统管理功能是GSM的关键组成部分，包括安全性管理和移动性管理。安全性管理涉及鉴权和加密，以保护用户数据和通信安全。移动性管理则处理移动设备在网络中的位置更新和切换过程，确保无缝通话体验。 GSM还支持多种业务，如语音通话、短信服务（SMS）、数据传输等。呼叫流程的示例展示了从建立连接到通话结束的完整过程，包括寻呼、信道分配、连接建立、保持和释放等步骤。 GSM是一个复杂的通信系统，它的设计和实现考虑了频率利用率、覆盖范围、服务质量以及安全性等多个因素。随着技术的进步，GSM已经发展出3G、4G和5G等更高级别的标准，但作为2G的基石，GSM的基础原理仍然对现代移动通信有深远影响。