华中科技大学电信系 叶蓁
摘要：介绍GSM移动通信支持的数据业务，包括SMS和CDPD、IWF、GPRS等。
关键词：GSM 数据业务 SMS CDPD IWF GPRS IMT-2000
1 GSM数据业务简介
移动通信，是近年来最火爆的话题。从我们身边看，中国移动通信集团公司主要经营移动话音、数据、 IP电话和多媒体业务，有着4500万客户，是世界上最大的GSM移动通信运营公司。移动电话的产生和发展，满足了人们随时随地进行信息交流和商务活动的要求，取得了惊人的发展，近几年用户年增长率一直保持在50％以上。据UMTS论坛预测，2000年全球移动用户将达到5亿，2010年将超过固定电话用户数。
数据业务，也在飞速发展着，年增长率达到25%、40%，远高于电话业务5％、10％的年增长率。特别是自1994年互联网商用以来，IP业务的数据量呈爆炸式增长，增长速度平均为每半年翻一番。
移动通信和数据通信的融合，产生了移动数据业务。移动和数据的完美结合使得人们能够实现“任何人在任何地点任何时间”连接到“任何信息”的美好设想，有资料预测，到了2002年，全球将有1亿个以上的手机有上网功能，2003年全球将有10亿个以上的手机上网。
目前，GSM提供的服务，可以使得人们不受空间、地域的限制，随时随地获取所需的信息，可以在移动中收发短信，收发E-mail、收发传真、访问Internet等通信。这些业务，目前采用的技术普遍为：短消息系统、电路交换型和分组交换型移动数据通信的功能。还有正在发展中的IMT2000，提供的功能更为强大，为我们展示了更加美好的前景，运营商、用户都可以有更多的选择，丰富的服务内容必然会使移动数据业务产生飞跃性的发展。
2 各种业务模式介绍
2.1 短信息系统(SMS)
SMS是Short Message Service的缩写，系统的关键部分是短消息业务中心，作为短消息的存储转发的单元，可实现移动终端间的点对点短消息通信。现在GSM的移动通信系统已经提供了短消息服务功能，两个GSM手机之间可以发送、接收中英文短消息。
移动通信网与Internet联结合，更提供了丰富的业务功能。如：EMAIL到达通知，或直接发送到手机；短消息直接发布在Internet上；短消息发送至传真；手机把信息传送到信息中心，之后传送到互联网，由此把信息传送到电视网中由电视播出这条信息，形成手机和电视的互动，实现聊天功能；STK技术在SIM卡上进行开发，信息点播的部分菜单被定制其中，用户通过STK卡定制选择避免了键盘输入，很大程度上提高了使用效率，给用户使用带来一定的便利，信息通过短信中心实现了交互。
2.2 蜂窝数字分组数据（CDPD）
CDPD全称为Cellular Digital Packet Data，意为蜂窝状数字式分组数据交换网络，它是以数字分组数据技术为基础，以蜂窝移动变组网方式的移动无线数据通信技术。
特点：
无线广域网：它是一个无线广域网，而不同于现在市面上所见的无线局域网；
800兆的工作频率：这个频段具有一定的穿透和绕射能力，干扰较少；
19.2Kbps的空中信道通信速率：空中信道速率为19.2Kbps，去掉分组数据打包以及信道复用的一些开销，对用户来说数据传输速率一般为5-10Kbps，最高可以达到15Kbps左右；为了提高无线信道的利用率，系统对TCP/IP报头进行压缩，并对数据进行V.42bis压缩。
全双工的通信方式：它可以同时收发数据；
无差错的数据传送：它通过FEC前向纠错和自动反馈重发技术，保证进行无差错的传输数据；
基于TCP/IP的开放系统：它是基于TCP/IP的开放系统，可以方便地接入Internet，所有基于TCP/IP协议的应用软件都可以无需修改直接使用；应用软件开发简便；移动终端通信编号直接使用IP地址；
终端移动速率可达100公里/小时以上：根据试验，车速达每小时120公里，CDPD移动终端数据收发如常，并且在经过不同小区时也不会使数据中断。
安全可靠、防数据泄漏、防烧机：采用先进的加密技术，不必担心数据被窃听，也不必担心被烧机；为了提高无线信道的安全性，系统允许采用到达127位的加密算法，目前通常为RC4算法。
支持广播与群呼：它支持广播和多点广播的通信方式，这和BP机以及集群系统有点相似。
我国已在几个城市对CDPD系统做过一段时间的实验和试用，技术上是可行的，但是与美国相比，为扩大覆盖范围，该技术在推广使用需要新建基站，投资较大。因此，目前CDPD在我国主要应用于小范围内的移动通信，如公共安全、交通管理等。另外，在GPRS风头强劲的今天，CDPD的发展空间受到制约。
2.3 电路型数据业务（IWF）
IWF（InterWorkingFunction）的缩写。这是目前GSM数据业务的主要承载方式。电路型数据业务是基于目前的GSM网络、采用电路交换的业务类型。电路型数据业务包括GSM承载数据业务和高速电路交换数据业务HSCSD（HighSwitchData）。
2.3.1 GSM数据承载业务：
这是现在普遍应用的模式，速率最高达9.6kbps。目前的WAP、手机接入Internet都是采用这种方式。
－承载业务指网络与用户节点之间的信息传送能力。
－电信业务指终端间全部的信息传送能力，包括终端所需的应用协议在内。
承载业务：异步电路型（BS2X）、同步电路型（BS3X）、异步PAD接入电路型（BS4X）、同步分组型（BS5X）、交替语音/数据（BS61）、语音后接数据（BS81）
电信业务：三类传真（TS61）、交替语音/传真等（TS62）。
电路型数据业务可以应用在PLMN（陆地公共移动网）内部以及PLMN和PSTN/ISDN/PSPDN之间，其中和PSPDN互通是通过PATN/ISDN进行的。不同的承载业务类型所对应的传输路径是不同的，相应的所对应的组网形式也不同，下面以异步电路型数据业务（BS2X）所对应的传输路径为例作一简要说明。如图所示，BS2X业务有三种连接方式：3.1Hz音频连接、64kbit/s无限制数字连接和基本PAD接入。其中基本PAD接入需要经过PSTN（3.1k audio）或ISDN（3.1K Audio或64k UDI）。基本PAD接入中移动用户和PSPDN中x.25主机的连接建立是基于双号码的。主叫用户的拨号的形式。另外BS3X、BS4X、BS5X所对应的组网形式也是不相同的，由于篇幅所限这里不再一一罗列。
这种技术的关键在于MSC提供了IWF功能，PLMN（Public Lands Mobile Network）通过MSC与其它网络互连。例如，通过笔记者接手机，拨号接入ISP（如163），登陆Internet。在这个过程中，手机数据经过BSC，通过MSC的IWF功能，实现了从PLMN到PSTN（Public Switched Telephone Network）的连接。IWF功能为其提供了一个MODEM，使LPMN网中的数据格式，得以接入PSTN中ISP的接入服务器。此时，IWF就相当于一个网间适配器。
这种业务虽然已经成熟，但是却有速率低、比分组接入占用资源多的缺点，越来越难适应日益增长的用户需求。
2.3.2 高速电路交换数据业务HSCSD
HSCSD是（High Speed Circuit Switch Data）的缩写。
HSCSD的基本方式是在无线信道上将多个全速率信道（FCH/F）复用在一起，供一次数据业务使用。采用HSCSD后，可支持的用户数据将达到38.4KBPS（4时隙），57.6kbps（4时隙，14.4kbps信道编码），57.6kbps（6时隙，T模式）。该业务主要用于GSM二阶段的数据业务。用户在签约时仅需签一般承载业务GBS（BS20，30，40，50）。
在技术实现上，所有接口的底层标准与原阶段二相同。只是在网络和终端侧增加了“划分和结合”的功能。在无线接口通过n个信道传送（n＝1-6），它们看起来是独立的，从而进行独立的数据中继和无线接口的错误控制，直至TRAU处结合起来。
HSCSD实际上是一种基本承载数据业务的升级，本质上与承载数据业务无多大区别。HSCSD硬件上比较易于实施，无需改变目前的GSM网络的硬件结构。
但是，对于在GPRS出现之后，HSCSD的发展空间已受到限制。而且，实际上很难将多个时隙分配给同一个用户，因此它的理论速率上限很难达到。
2.4 通用分组无线业务（GPRS）
GSM规范Phase II+标准中给出了实现通用分组无线业务（GPRS-General Packet Radio Service）的相关规范，在GPRS结构中引入了分组交换和分组传输的概念，这样使得GSM网络对数据业务的支持从网络体系上得到了加强。GPRS网络在原有的GSM网络的基础上增加了SGSN（服务GPRS支持节点）、GGSN（网关GPRS支持节点）、PTMSC（点对多点服务中心）等功能实体，并且对原有的移动台、基站、相关信令作了相应的更改或补充。
GPRS信道的分配很灵活，每个TDMA帧可分配1-8个时隙。时隙均由用户共享，上、下行链路单独分配。无线接口资源在话音和数据业务之间动态共享。
GPRS网络系统简介：
GPRS数据包的发送与接收，其过程如下：笔记本电脑通过串行或无线方式接到GPRS蜂窝电话或Modem上，GPRS蜂窝电话或Modem与GSM基站通信，但与电路交换式数据呼叫不同，GPRS分组是从基站发送到SGSN节点，而不是通过MSC连接到原有网络上。SGSN和GGSN进行通信；GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如Internet或X.25网络。来自Internet、标识有移动台地址的IP包，由GGSN接收，再转发到SGSN，继而传送到移动台上。
SGSN-SGSN通过帧中继与BTS连接，是GSM网络结构与移动台之间的接口，实现与移动台之间数据的发送与接收，提供分组路由，跟踪移动台在服务区的位置，并实现安全和访问控制功能。
GGSN-GGSN通过基于IP协议的GPRS骨干网连接到SGSN，是连接GSM网络结构与外部分组交换网（如Internet和LAN）的网关。GGSN也可以在这种网络之间建立多个连接，即通过一个GGSN、一个GSM网络可以连接到多个外部网上。
虽然GPRS已经宣传了一段时间，但是要升级到GPRS，不但要增加SGSN、GGSN等设备，还必须让NSC、BSC、BTS等升级。虽然有的系统只是软件升级，但从运营的角度看，这是一个很大的动作。同时升级费用和GSN等建设也是一项很大的投资。所以大规模地提供全网移动数据业务，需要大力度的投资建设。
2.5 第三代移动通信IMT-2000
IMT-2000的主要业务特征是支持IP和高速电路型数据业务。IMT-2000的室外384kbps、室内2Mbps的接入带宽使得IMT-2000将可以向用户提供真正的移动多媒体业务。同时由于IMT-2000支持业务的上行和下行的非对称传输，支持以传输数据量作为收费依据，使得无线数据业务得到更为广泛的应用。
3.GSM数据业务问题与展望
上面介绍的技术，都是目前国内正在使用、或正处在讨论阶段的技术。
移动数据业务的飞速发展，不仅仅是技术的发展，更重要的动力是市场因素。任何一种技术，都存在着优缺点，能否生存下去，不是技术权威所珠。市场因素是最后的裁决者。因此，现在出现的技术，流行的技术，必然要经历时间的考验。
然而，我们的发展也是永远向前的。信息化的时代到来了，人们期待着任何时间、任何地点的信息传递。同时，技术的进步，第三代移动通信的发展，为人们的这种需求将越来越广泛，同时各种移动数据业务通信的新技术也会不断出现和发展，共同促使全球信息化的进步。“任何人在任何地点任何时间”连接到“任何信息”的美好设想，终将实现。
摘自《电子质量》2001.8
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