全名
GSM全名為:Global System for Mobile Communications,全球移動通訊系統,簡介
GSM的特點包括了:防盜能力優秀、網路容量大、號碼足夠應付、通話相對清晰、穩定無干擾、接收信號靈敏等等。目前世界上兩大GSM系統為GSM 900、GSM1800,採用不同頻率。特性方面,GSM900頻譜較低,波長較長,穿透力較差,但傳送的距離較遠,手機發射功率較強,待機時間較短;而GSM1800頻譜較高,波長較短,穿透力佳,但傳送的距離短,手機發射功率較小,待機時間較久歷史
1980年代初,第一代行動電話技術開始套用,當時存在眾多互不兼容的標準。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和義大利RTMI等。用戶的手機無法在其他標準的網路上使用,造成很大的不便。由於這個原因,西歐國家開始考慮制定一個統一的下一代行動電話標準,以便能夠提供更多樣的功能和使用戶漫遊更加容易。最開始標準起草和制定的準備工作由歐洲郵電行政大會〔CEPT〕負責管理。具體工作由1982年起成立的一系列“移動專家組”負責。GSM的名字即是移動專家組(法語:Groupe Spécial Mobile)的縮寫。後來這一縮寫的含義被改變為“全球移動通訊系統”,以方便GSM向全世界的推廣。1987年5月GSM成員國達成一致,確定了GSM最重要的幾項關鍵技術。1989年, 歐洲電信標準協會〔ETSI〕從CEPT接手標準的制定工作。1990年第一版GSM標準完成。1992年1月,芬蘭的Oy Radiolinja Ab成為第一個商業運營的GSM網路。亞洲最早的GSM運營網路是香港電訊CSL,。GSM的推出推動了移動通信的普及,用戶持續快速增長。1995年,全球用戶達到1千萬,1998年,達到一億,2005年已經超過15億。
1998年,目標為制訂接替GSM的第三代行動電話(3G)規範的3GPP啟動。3GPP也接受了維護和繼續開發GSM規範的工作。ETSI是3GPP的成員之一。
在發展的過程中,GSM系統的功能不斷得到豐富,從而能夠提供更多樣的服務。由GSM系統首先引入的簡訊息服務(SMS)提供了一種新穎、便捷、廉價的通訊方式。1994年,GSM實現了基於電路交換的數據業務和傳真服務。1999年,WAP協定使得用戶可以通過手機訪問網際網路。2000年後開始商用的通用分組無線服務(GPRS)使得GSM系統能夠以效率更高的分組方式提供數據通訊。2003年, EDGE技術開始商用,提供了接近3G的數據通訊能力。
目前,3GPP組織還在發展GSM標準,以便利用已經大量部署的GSM基礎設施,平滑地向3G技術演進。
市場狀況
到2005年全球有超過10億人使用GSM電話,使GSM成為主導的行動電話系統,占到全球市場份額的70%。當前WCDMA並沒有展現出全部的功能,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標準過渡的有限的增長。因為WCDMA網路建設已經起步(至少在高密度的市場),GSM的正在緩慢消亡,但這將持續相當時間。在1998到2000年之間導致GSM用戶增長的主要原因是移動運營商推出預付費電話服務。它允許那些不能或者不想跟運營商簽署契約的的人們使用行動電話服務。這種服務在歐洲的移動運營商之間競爭也比較激烈,即使沒有長期的契約,人們也可以從運營商那裡以很低廉的價格買到一款手機。
語音編碼
GSM系統最早的語音編碼方案採用規則脈衝激勵長時預測編碼(REP-LTP)技術。它產生的編碼速率為13Kbps,每20ms一個話音幀。話音質量平均意見分值(MOS)可達到3.6。這一方案被稱作全速率編碼(Full Rate,FR)。在FR的基礎上,通過改進算法推出了增強型全速率編碼(Enhanced Full Rate,EFR);在不改變編碼速率的條件下,實現了更好的話音質量。同時也引入了編碼速率為6.5Kbps的半速率編碼(Half Rate,HR),這樣在犧牲話音質量的前提下,系統的容量可以提高一倍。1998年, 3GPP又採納了自適應多速率編碼(Adaptive Multi-Rate,AMR)作為語音編碼的增強。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,碼率介於12.2Kbps至4.75Kbps之間。系統在通話過程中根據信道條件和誤碼率實時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4.14。
網路結構
基站子系統 (基站及其控制器)。網路和交換子系統 (這一部分和固定網路最為相似) 有時也被叫做核心網。
GPRS核心網 (可選部分,用於基於報文的網際網路連線)。
所有的系統元素組合出許多的類似語音通話和簡訊這樣的GSM服務。
識別模組
GSM的一個關鍵特徵就是用戶身份模組 (SIM), 也叫 SIM。SIM卡是一個保存用戶數據和電話本的可拆卸智慧卡IC。用戶就可以更換手機後還能保存自己的信息。換句話說用戶也可以使用現在的手機而使用不同運營商的SIM卡。 有些運營商為了防止用戶轉換到別的網路在手機上做手腳,使得它只能用一個特定的SIM卡,或者同一個網路的SIM卡,這就是眾所周知的 SIM, 這在某些國家並不合法。在美國和歐洲,大部分運營商鎖定他們銷售的行動電話,這樣做是因為行動電話的價格一般因為簽訂長期契約大幅減少(例如在歐美市場很多手機可以通過簽約以原價格幾十分之一的價格購買),而運營商試圖避免客戶的流失。用戶一般可以通過與運營商聯繫付一定費用來解除鎖定(俗稱解碼),或者通過一個專門服務或者從網際網路上搜尋相關軟體來解碼。 如果用戶簽署在一段時期有效地契約(契約帳戶),某些美國運營商例如T-Mobile和Cingular,就會解除對電話的鎖定。第三方的解碼方法比起運營商的來一般更快而且也更便宜。在大多數國家解除鎖定是合法的。
系統安全
GSM 被設計具有中等安全水平。系統設計使用共享密鑰用戶認證。用戶與基站之間的通訊可以被加密。演進的 UMTS引入可選的USIM-使用更長鑑別密鑰保證更好的安全以及網路和用戶的雙向驗證。GSM只有網路對用戶的驗證 (而不是雙向驗證)。雖然安全模組提供了保密和鑑別功能,但是鑑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於保證在空中信息的保密性。A5/1是在歐洲範圍使用的強力算法,而A5/2則是在其他國家使用的弱強度算法。在兩種算法中嚴重漏洞都已經被發現,例如一個單一密文攻擊可能實時的中斷掉A5/2. 但是系統支持多個不同算法,這樣運營商就可以換一個安全等級更強的。