GSM 是什么

zifan 问答 2019-08-08 20:22:51 阅读(...)

全球移动通讯系统,即 GSM,又称泛欧数字式移动电话系统,是当前应用最为广泛的移动电话标准。全球超过 200 个国家和地区超过 10 亿人正在使用 GSM 电话。GSM 标准的广泛使用使得在移动电话运营商之间签署“漫游协定”后用户的国际漫游变得很平常。

GSM

GSM 较之它以前的标准最大的不同是他的信令和语音信道都是数字的,因此 GSM 被看作是第二代(2G)移动电话系统。GSM 标准当前由 3GPP 组织负责制定和维护。

从用户观点出发,GSM 的主要优势在于提供更高的数字语音质量和替代调用的低成本的新选择(比如短信)。从网络运营商角度看来,其优势是能够部署来自不同厂商的设备,因为 GSM 作为开放标准提供了更容易的互操作性。而且,标准就允许网络运营商提供漫游服务,用户就可以在全球使用他们的移动电话了。

GSM 标准在发展的同时(例如包数据能力在 Release ’97 版本的标准中通过 GPRS 被加入进来),保持与原始的 GSM 电话向后兼容。更高速度的数据传输是用 EDGE 在 Release ’99 版标准中引入的。

语音编码

GSM 系统最早的语音编码方案采用规则脉冲激励长时预测编码(REP-LTP)技术。它产生的编码速率为 13Kbps,每 20ms 一个话音帧。话音质量平均意见分值(MOS)可达到 3.6。这一方案被称作全速率编码(Full Rate,FR)。在 FR 的基础上,通过改进算法推出了增强型全速率编码(Enhanced Full Rate,EFR);在不改变编码速率的条件下,实现了更好的话音质量。同时也引入了编码速率为 6.5Kbps 的半速率编码(Half Rate,HR),这样在牺牲话音质量的前提下,系统的容量可以提高一倍。1998 年,3GPP 又采纳了自适应多速率编码(Adaptive Multi-Rate,AMR)作为语音编码的增强。AMR 包括 14 种不同速率的编码算法,其中 8 种为全速率和 6 种为半速率,码率介于 12.2Kbps 至 4.75Kbps 之间。系统在通话过程中根据信道条件和误码率实时地选择最佳的编码速率。在理想情况下,AMR 12.2Kbps 的语音 MOS 可达 4.14。

网络结构

GSM 系统后面的网络被人们看作是极其庞大和复杂的,这样就可以提供所有的所需的服务。它被分成很多的部分,每一部分负责其中的一个功能。

  • 基站子系统(基站及其控制器)。
  • 网络交换子系统(这一部分和固定网络最为相似)有时也被称为核心网。
  • GPRS 核心网(可选部分,用于基于报文的互联网连接)。
  • 运营支撑系统。

身份识别模块

GSM 的一个关键特征就是用户身份模块(SIM),也叫“SIM 卡”。SIM 卡是一个保存用户数据和电话本的可拆卸智能卡 IC。用户就可以更换手机后还能保存自己的信息。换句话说用户也可以使用现在的手机而使用不同运营商的 SIM 卡。有些运营商为了防止用户转换到别的网络在手机上做设置限制,使得它只能用该营运商的 SIM 卡,或者同一个网络的 SIM 卡,这就是所谓的“SIM 卡加密”,这种行为在某些国家并不合法。

在美国和欧洲,大部分运营商锁定他们销售的移动电话,这样做是因为移动电话的价格一般因为签订长期合同大幅减少(例如在欧美市场很多手机可以通过签约以原价格几十分之一的价格购买),而运营商试图避免客户的流失。用户一般可以通过与运营商联系付一定费用来解除锁定(俗称“解码”),或者通过一个专门服务或者从互联网上搜索相关软件来解码。如果用户签署在一段时期有效地合同(合同帐户),某些美国运营商例如 T-Mobile 和 Cingular,就会解除对电话的锁定。第三方的解码方法比起运营商的来一般更快而且也更便宜。在大多数国家解除锁定是合法的。在中国内地,行业主管部门不允许运营商锁定移动电话,这使得运营商的定制机也能轻松使用其他运营商的网络。

GSM 安全

GSM 被设计具有中等安全水平。系统设计使用共享密钥用户认证。用户与基站之间的通讯可以被加密。演进的 UMTS 引入可选的 USIM-使用更长鉴别密钥保证更好的安全以及网络和用户的双向验证。GSM 只有网络对用户的验证(而不是双向验证)。虽然安全模块提供了保密和鉴别功能,但是鉴别能力有限而且可以伪造。

GSM 为了安全使用多种加密算法。A5/1 和 A5/2 两种流密码用于保证在空中信息的保密性。A5/1 是在欧洲范围使用的强力算法,而 A5/2 则是在其他国家使用的弱强度算法。在两种算法中严重漏洞都已经被发现,例如一个单一密文攻击可能实时的中断掉 A5/2.但是系统支持多个不同算法,这样运营商就可以换一个安全等级更强的。

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