GSM系統概論GSM系統是全球最廣泛使用的移動通信系統之一，該系統具有良好的性能和廣泛的應用。GSM系統簡介移動臺移動臺是指用戶使用的手機，它負責接收和發送數據。基站基站負責與移動臺進行無線通信，并將數據傳輸到網絡。網絡交換部分網絡交換部分負責處理移動臺之間的數據傳輸，并提供各種功能。GSM系統的歷史發展11970年代歐洲開始研究數字蜂窩移動通信系統。21982年GSM標準被歐洲電信標準化協會（ETSI）采納。31991年芬蘭運營商Radiolinja正式推出首個GSM網絡。41990年代GSM迅速普及全球，成為最主要的移動通信標準。GSM系統的優勢覆蓋范圍廣GSM網絡已經覆蓋了全球大部分地區，為用戶提供無縫的通信體驗。通話質量高GSM系統采用先進的語音編碼技術，保證通話清晰流暢，即使在嘈雜環境中也能保證通話質量。安全性高GSM系統采用多種安全機制，例如鑒別和加密，有效地保護用戶的信息安全。功能豐富除了語音通話外，GSM系統還支持短信、數據傳輸、移動支付等多種功能，滿足用戶多樣化的需求。GSM系統的組成部分移動臺包含手機和SIM卡，負責無線通信和用戶信息管理。基站負責與移動臺進行無線通信，并將數據傳遞至網絡交換中心。網絡交換部分負責處理移動臺的呼叫、數據和信令，并連接至公共電話網絡和互聯網。移動臺部分移動臺是GSM系統中用戶使用的終端設備，通常稱為手機。手機的主要功能是進行無線通信，包括語音通話、數據傳輸、短信等。移動臺包含以下主要部件：射頻模塊：負責無線信號的接收和發射。基帶處理器：處理語音、數據和控制信號。顯示屏：顯示信息和菜單。鍵盤或觸摸屏：輸入信息和操作。電池：為手機供電。基站部分基站是GSM系統的重要組成部分，負責與移動臺進行無線通信。它通常包含以下主要設備：基站控制器（BSC）：負責控制多個基站的運行，并與網絡交換中心（MSC）進行通信。基站收發器（BTS）：負責與移動臺進行無線信號的收發，并完成信號的處理和轉換。天線：負責發射和接收無線信號，通常安裝在高處，以覆蓋更大的區域。網絡交換部分移動交換中心（MSC）負責呼叫控制、路由和用戶管理。歸屬位置寄存器（HLR）存儲用戶的信息，如電話號碼和位置。訪問位置寄存器（VLR）存儲漫游用戶的信息，以確保其可訪問性。GSM系統的信令系統控制信息信令系統用于傳輸各種控制信息，例如呼叫建立、呼叫連接、身份驗證、位置更新等。協議棧信令系統采用多層協議棧，包括物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、應用層等。信令通道GSM系統使用專用信令通道來傳輸控制信息，例如公共信道、專用信道等。GSM系統的頻率分配900900MHz歐洲和亞洲廣泛使用18001800MHz歐洲和亞洲部分地區使用19001900MHz北美和南美使用GSM系統的多址接入技術FDMA頻分多址技術，將帶寬劃分為多個子頻段，分配給不同的用戶，實現頻率復用。TDMA時分多址技術，在同一頻率上，將時間分成不同的時隙，分配給不同的用戶，實現時間復用。CDMA碼分多址技術，將不同的用戶數據使用不同的碼序列進行調制，實現碼復用。TDMA技術時分多址將時間軸劃分為多個時隙，每個用戶在各自的時隙內獨占信道。資源共享多個用戶共享同一個頻段，提高頻譜利用率。信號同步保證用戶在各自時隙內傳輸的信號同步，避免干擾。TDMA幀結構TDMA幀結構是GSM系統中的一個關鍵概念，它定義了時間槽的分配方式，并確保了不同用戶的信號在同一頻率上進行傳輸而不會相互干擾。TDMA幀結構由多個時隙組成，每個時隙代表一個用戶可以傳輸數據的特定時間段。幀結構在時間上是重復的，以確保每個用戶都有機會使用網絡。TDMA時隙分配1時隙分配每個時隙包含一個用戶數據包2幀結構每個幀包含8個時隙3TDMA將時隙分配給不同的用戶GSM系統的語音編碼RPE-LTP編碼GSM系統采用RPE-LTP（RegularPulseExcited-LinearPredictiveCoding）編碼算法，將語音信號壓縮成更小的數據量，以便在有限的帶寬下傳輸。語音信號處理語音信號首先被分成幀，然后進行預處理，包括消除靜音和降噪，以提高語音質量。編碼過程在編碼過程中，語音信號被轉換為數字信號，并通過RPE-LTP算法進行壓縮，最終生成一個13kbps的數據流。GSM系統的頻道編碼信道編碼GSM系統使用卷積編碼來提高傳輸數據的可靠性。信道編碼將數據比特轉換為更長的編碼比特序列，以增加冗余度。交織編碼交織編碼通過將數據比特重新排列來提高抗突發錯誤的能力。交織編碼可以將連續的比特分散到不同的時間間隔，以減少因突發錯誤造成的嚴重數據損失。GSM系統的接入方式1呼叫建立用戶手機發送呼叫請求，基站接收并轉發到網絡交換中心。2尋呼網絡交換中心發送尋呼消息，基站廣播，通知目標用戶接聽電話。3連接建立用戶手機接聽后，基站建立連接，用戶可以開始通話。小區重用技術頻譜效率通過重復使用頻率，GSM系統能夠在有限的頻譜資源上支持更多用戶。覆蓋范圍小區重用允許GSM系統在更大的地理區域內提供服務，無需增加新的頻譜分配。GSM系統的漫游1漫游功能允許用戶在其他運營商的網絡中使用手機。2漫游過程當手機離開其歸屬網絡時，它將連接到另一個網絡。3漫游費用漫游服務通常比本地通話更貴。位置更新位置信息移動臺必須向網絡提供當前位置信息，以確保正常通信和服務。定時更新移動臺定期向網絡發送位置更新信息，以保持位置信息的最新。事件觸發當移動臺發生位置變化時，例如進入新小區或切換網絡，也會觸發位置更新過程。來電呼叫1呼叫建立移動臺接收基站廣播的尋呼消息2呼叫接入移動臺接收到呼叫請求并連接到基站3呼叫接通基站將通話連接到目標移動臺手機狀態管理手機狀態手機狀態包括信號強度、電池電量、網絡連接等信息，這些信息通過手機屏幕顯示。狀態管理GSM系統負責管理手機狀態，包括信號搜索、網絡注冊、位置更新等。GSM系統的安全性身份驗證GSM系統使用SIM卡和網絡之間的身份驗證機制，以確保用戶身份的合法性。加密通話和數據傳輸都使用加密算法，以防止竊聽和數據泄露。密鑰管理GSM系統采用密鑰管理機制，以確保密鑰的安全性和完整性。鑒別和加密GSM系統使用鑒別算法確保用戶身份的合法性。加密算法用于保護用戶數據和通話內容的安全性。GSM系統的演進15G高速率、低延遲、大連接24G高速數據傳輸，移動互聯網33G高速數據、視頻通話42G語音通話，短信2G到3G的演進GSM第二代移動通信技術，以語音通話為主。3G第三代移動通信技術，支持數據傳輸，速度更快，容量更大。演進從語音為主到數據為主的轉變，為移動互聯網奠定基礎。3G到4G的演進1速度提升4G網絡比3G網絡速度更快，可以達到100Mbps甚至更高。2延遲降低4G網絡的延遲更低，可以滿足實時應用的需求。3容量增加4G網絡可以支持更多的用戶和設備連接。未來5G的展望超高速率5G將提供比4G快10倍甚至更高的速度，支持更快的下載和上傳速度，以及更低延遲的連接。超低延遲5G將提供毫秒級的延遲，允許實時互動和應用程序，例如遠程手術和自動駕駛汽車。超大容量5G將支持數十億個連接，支持物聯網(IoT)和智能城市等應用，并將成為未來網絡基礎設施的核心。課程總結GSM系統概述全面了解了GSM系統的基本原理和關鍵技術，