GSM的數據業務

2019-11-03 09:38:50

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華中科技大學電信系　葉蓁　　摘要：介紹GSM移動通信支持的數據業務，包括SMS和CDPD、IWF、GPRS等。

　　關鍵詞：GSM　數據業務　SMS　CDPD IWF GPRS IMT-2000

　　1　GSM數據業務簡介

　　移動通信，是近年來最火爆的話題。從我們身邊看，中國移動通信集團公司主要經營移動話音、數據、 ip電話和多媒體業務，有著4500萬客戶，是世界上最大的GSM移動通信運營公司。移動電話的產生和發展，滿足了人們隨時隨地進行信息交流和商務活動的要求，取得了驚人的發展，近幾年用戶年增長率一直保持在50％以上。據UMTS論壇預測，2000年全球移動用戶將達到5億，2010年將超過固定電話用戶數。

　　數據業務，也在飛速發展著，年增長率達到25%、40%，遠高于電話業務5％、10％的年增長率。特別是自1994年互聯網商用以來，IP業務的數據量呈爆炸式增長，增長速度平均為每半年翻一番。

　　移動通信和數據通信的融合，產生了移動數據業務。移動和數據的完美結合使得人們能夠實現“任何人在任何地點任何時間”連接到“任何信息”的美好設想，有資料預測，到了2002年，全球將有1億個以上的手機有上網功能，2003年全球將有10億個以上的手機上網。

　　目前，GSM提供的服務，可以使得人們不受空間、地域的限制，隨時隨地獲取所需的信息，可以在移動中收發短信，收發E-mail、收發傳真、訪問Internet等通信。這些業務，目前采用的技術普遍為：短消息系統、電路交換型和分組交換型移動數據通信的功能。還有正在發展中的IMT2000，提供的功能更為強大，為我們展示了更加美好的前景，運營商、用戶都可以有更多的選擇，豐富的服務內容必然會使移動數據業務產生飛躍性的發展。

　　2　各種業務模式介紹

　　2.1　短信息系統(SMS)

　　SMS是Short Message Service的縮寫，系統的關鍵部分是短消息業務中心，作為短消息的存儲轉發的單元，可實現移動終端間的點對點短消息通信。現在GSM的移動通信系統已經提供了短消息服務功能，兩個GSM手機之間可以發送、接收中英文短消息。

　　移動通信網與Internet聯結合，更提供了豐富的業務功能。如：EMAIL到達通知，或直接發送到手機；短消息直接發布在Internet上；短消息發送至傳真；手機把信息傳送到信息中心，之后傳送到互聯網，由此把信息傳送到電視網中由電視播出這條信息，形成手機和電視的互動，實現聊天功能；STK技術在SIM卡上進行開發，信息點播的部分菜單被定制其中，用戶通過STK卡定制選擇避免了鍵盤輸入，很大程度上提高了使用效率，給用戶使用帶來一定的便利，信息通過短信中心實現了交互。

　　2.2　蜂窩數字分組數據（CDPD）

　　CDPD全稱為Cellular Digital Packet Data，意為蜂窩狀數字式分組數據交換網絡，它是以數字分組數據技術為基礎，以蜂窩移動變組網方式的移動無線數據通信技術。

　　特點：

　　無線廣域網：它是一個無線廣域網，而不同于現在市面上所見的無線局域網；

　　800兆的工作頻率：這個頻段具有一定的穿透和繞射能力，干擾較少；

　　19.2Kbps的空中信道通信速率：空中信道速率為19.2Kbps，去掉分組數據打包以及信道復用的一些開銷，對用戶來說數據傳輸速率一般為5-10Kbps，最高可以達到15Kbps左右；為了提高無線信道的利用率，系統對TCP/IP報頭進行壓縮，并對數據進行V.42bis壓縮。

　　全雙工的通信方式：它可以同時收發數據；

　　無差錯的數據傳送：它通過FEC前向糾錯和自動反饋重發技術，保證進行無差錯的傳輸數據；

　　基于TCP/IP的開放系統：它是基于TCP/IP的開放系統，可以方便地接入Internet，所有基于TCP/IP協議的應用軟件都可以無需修改直接使用；應用軟件開發簡便；移動終端通信編號直接使用IP地址；

　　終端移動速率可達100公里/小時以上：根據試驗，車速達每小時120公里，CDPD移動終端數據收發如常，并且在經過不同小區時也不會使數據中斷。

　　安全可靠、防數據泄漏、防燒機：采用先進的加密技術，不必擔心數據被竊聽，也不必擔心被燒機；為了提高無線信道的安全性，系統允許采用到達127位的加密算法，目前通常為RC4算法。

　　支持廣播與群呼：它支持廣播和多點廣播的通信方式，這和BP機以及集群系統有點相似。

　　我國已在幾個城市對CDPD系統做過一段時間的實驗和試用，技術上是可行的，但是與美國相比，為擴大覆蓋范圍，該技術在推廣使用需要新建基站，投資較大。因此，目前CDPD在我國主要應用于小范圍內的移動通信，如公共安全、交通管理等。另外，在GPRS風頭強勁的今天，CDPD的發展空間受到制約。

　　2.3　電路型數據業務（IWF）

　　IWF（InterWorkingFunction）的縮寫。這是目前GSM數據業務的主要承載方式。電路型數據業務是基于目前的GSM網絡、采用電路交換的業務類型。電路型數據業務包括GSM承載數據業務和高速電路交換數據業務HSCSD（HighSwitchData）。

　　2.3.1　GSM數據承載業務：

　　這是現在普遍應用的模式，速率最高達9.6kbps。目前的WAP、手機接入Internet都是采用這種方式。

　　－承載業務指網絡與用戶節點之間的信息傳送能力。

　　－電信業務指終端間全部的信息傳送能力，包括終端所需的應用協議在內。

　　承載業務：異步電路型（BS2X）、同步電路型（BS3X）、異步PAD接入電路型（BS4X）、同步分組型（BS5X）、交替語音/數據（BS61）、語音后接數據（BS81）

　　電信業務：三類傳真（TS61）、交替語音/傳真等（TS62）。　　電路型數據業務可以應用在PLMN（陸地公共移動網）內部以及PLMN和PSTN/ISDN/PSPDN之間，其中和PSPDN互通是通過PATN/ISDN進行的。不同的承載業務類型所對應的傳輸路徑是不同的，相應的所對應的組網形式也不同，下面以異步電路型數據業務（BS2X）所對應的傳輸路徑為例作一簡要說明。如圖所示，BS2X業務有三種連接方式：3.1Hz音頻連接、64kbit/s無限制數字連接和基本PAD接入。其中基本PAD接入需要經過PSTN（3.1k audio）或ISDN（3.1K Audio或64k UDI）。基本PAD接入中移動用戶和PSPDN中x.25主機的連接建立是基于雙號碼的。主叫用戶的撥號的形式。另外BS3X、BS4X、BS5X所對應的組網形式也是不相同的，由于篇幅所限這里不再一一羅列。

　　這種技術的關鍵在于MSC提供了IWF功能，PLMN（Public Lands Mobile Network）通過MSC與其它網絡互連。例如，通過筆記者接手機，撥號接入ISP（如163），登陸Internet。在這個過程中，手機數據經過BSC，通過MSC的IWF功能，實現了從PLMN到PSTN（Public Switched Telephone Network）的連接。IWF功能為其提供了一個MODEM，使LPMN網中的數據格式，得以接入PSTN中ISP的接入服務器。此時，IWF就相當于一個網間適配器。　　這種業務雖然已經成熟，但是卻有速率低、比分組接入占用資源多的缺點，越來越難適應日益增長的用戶需求。

　　2.3.2　高速電路交換數據業務HSCSD

　　HSCSD是（High Speed Circuit Switch Data）的縮寫。

　　HSCSD的基本方式是在無線信道上將多個全速率信道（FCH/F）復用在一起，供一次數據業務使用。采用HSCSD后，可支持的用戶數據將達到38.4KBPS（4時隙），57.6kbps（4時隙，14.4kbps信道編碼），57.6kbps（6時隙，T模式）。該業務主要用于GSM二階段的數據業務。用戶在簽約時僅需簽一般承載業務GBS（BS20，30，40，50）。

　　在技術實現上，所有接口的底層標準與原階段二相同。只是在網絡和終端側增加了“劃分和結合”的功能。在無線接口通過n個信道傳送（n＝1-6），它們看起來是獨立的，從而進行獨立的數據中繼和無線接口的錯誤控制，直至TRAU處結合起來。

　　HSCSD實際上是一種基本承載數據業務的升級，本質上與承載數據業務無多大區別。HSCSD硬件上比較易于實施，無需改變目前的GSM網絡的硬件結構。

　　但是，對于在GPRS出現之后，HSCSD的發展空間已受到限制。而且，實際上很難將多個時隙分配給同一個用戶，因此它的理論速率上限很難達到。

　　2.4　通用分組無線業務（GPRS）

　　GSM規范Phase II+標準中給出了實現通用分組無線業務（GPRS-General Packet Radio Service）的相關規范，在GPRS結構中引入了分組交換和分組傳輸的概念，這樣使得GSM網絡對數據業務的支持從網絡體系上得到了加強。GPRS網絡在原有的GSM網絡的基礎上增加了SGSN（服務GPRS支持節點）、GGSN（網關GPRS支持節點）、PTMSC（點對多點服務中心）等功能實體，并且對原有的移動臺、基站、相關信令作了相應的更改或補充。

　　GPRS信道的分配很靈活，每個TDMA幀可分配1-8個時隙。時隙均由用戶共享，上、下行鏈路單獨分配。無線接口資源在話音和數據業務之間動態共享。

　　GPRS網絡系統簡介：

　　GPRS數據包的發送與接收，其過程如下：筆記本電腦通過串行或無線方式接到GPRS蜂窩電話或Modem上，GPRS蜂窩電話或Modem與GSM基站通信，但與電路交換式數據呼叫不同，GPRS分組是從基站發送到SGSN節點，而不是通過MSC連接到原有網絡上。SGSN和GGSN進行通信；GGSN對分組數據進行相應的處理，再發送到目的網絡，如Internet或X.25網絡。來自Internet、標識有移動臺地址的IP包，由GGSN接收，再轉發到SGSN，繼而傳送到移動臺上。

　　SGSN-SGSN通過幀中繼與BTS連接，是GSM網絡結構與移動臺之間的接口，實現與移動臺之間數據的發送與接收，提供分組路由，跟蹤移動臺在服務區的位置，并實現安全和訪問控制功能。

　　GGSN-GGSN通過基于IP協議的GPRS骨干網連接到SGSN，是連接GSM網絡結構與外部分組交換網（如Internet和LAN）的網關。GGSN也可以在這種網絡之間建立多個連接，即通過一個GGSN、一個GSM網絡可以連接到多個外部網上。

　　雖然GPRS已經宣傳了一段時間，但是要升級到GPRS，不但要增加SGSN、GGSN等設備，還必須讓NSC、BSC、BTS等升級。雖然有的系統只是軟件升級，但從運營的角度看，這是一個很大的動作。同時升級費用和GSN等建設也是一項很大的投資。所以大規模地提供全網移動數據業務，需要大力度的投資建設。

　　2.5　第三代移動通信IMT-2000

　　IMT-2000的主要業務特征是支持IP和高速電路型數據業務。IMT-2000的室外384kbps、室內2Mbps的接入帶寬使得IMT-2000將可以向用戶提供真正的移動多媒體業務。同時由于IMT-2000支持業務的上行和下行的非對稱傳輸，支持以傳輸數據量作為收費依據，使得無線數據業務得到更為廣泛的應用。

　　3.GSM數據業務問題與展望

　　上面介紹的技術，都是目前國內正在使用、或正處在討論階段的技術。

　　移動數據業務的飛速發展，不僅僅是技術的發展，更重要的動力是市場因素。任何一種技術，都存在著優缺點，能否生存下去，不是技術權威所珠。市場因素是最后的裁決者。因此，現在出現的技術，流行的技術，必然要經歷時間的考驗。

　　然而，我們的發展也是永遠向前的。信息化的時代到來了，人們期待著任何時間、任何地點的信息傳遞。同時，技術的進步，第三代移動通信的發展，為人們的這種需求將越來越廣泛，同時各種移動數據業務通信的新技術也會不斷出現和發展，共同促使全球信息化的進步。“任何人在任何地點任何時間”連接到“任何信息”的美好設想，終將實現。

摘自《電子質量》2001.8　　

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