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GSM基础要点

1、专业基础

1.1GSM基础

1.1.1GSM综述

1、GSM的概念

GSM是GlobalSystemforMobileCommunication“全球移动通信系统”的简称。

它是一种数字移动通信，较之以往的模拟移动通信，有较多的优点。

GSM的起源：

泛欧数字蜂窝移动通讯网简称GSMM系统，GSM原意为“移动通信特别小组”（GroupSpecialMobile），是1982年欧洲邮电主管部门会议（CEPT）为开发第二代数字移动蜂窝移动系统而成立的机构。

1987年GSM成员国经现场测试和论证比较，就数字系统采用窄带时分多址TDMA、规则脉冲激励长期预测RPE-LTP话音编码和高斯滤波最小移频键控（GMSK）调制方式达成一致意见。

1988年十八个欧洲国家达成GSM谅解备忘录（MOU）。

1989年GSM标准生效。

1991年GSM系统正式在欧洲问世，网路开通运行。

1992年世界上第一个GSM网在芬兰投入使用。

从此，移动通信跨入了第二代。

GSM的组织结构：

ETSI（欧洲电信标准协会）增设了“特别移动小组”（TC-SMG），用以负责有关数字移动业务标准的制定。

2、GSM系统的技术性能

1）使用频段、双工间隔：

√

GSM900：

890~915MHz（上行）、935~960MHz（下行）。

双工间隔：

45MHz，带宽：

200KHz

GSM1800：

1710~1785MHz（上行）、1805~1880MHz（下行）。

双工间隔：

95MHz，带宽：

200KHz

GSM1900：

1850~1910MHz（上行）、1830~1890MHz（下行）。

双工间隔：

80MHz，带宽：

200KHz

2）、选址方式√

TDMA：

Timedivisionmultipleaccess（时分多址）

3）、调制类型：

√

GMSK（BT=0.3）

实际应用

3、GSM系统的技术规范及主要应用范围

GSM规范共有12章规范系列：

01系列：

概述

02系列：

业务方面

03系列：

网络方面

04系列：

MS-BS接口和规范（空中接口第2、3层）

05系列：

无线路径上的物理层（空中接口第1层）

06系列：

话音编码规范

07系列：

对移动台的终端适配

08系列：

BS到MSC接口（A和Abis接口）

09系列：

网络互连

10系列：

暂缺

11系列：

设备和型号批准规范

12系列：

操作和维护

重点掌握04、05、08系列

4、GSM的主要特点：

√

1）频谱效率

由于采用了高效调制器，信道编码、交织、均衡和话音编码技术，使系统更具高频谱效率。

2）容量

由于每个信道传输带宽增加，使同频复用载干比要求降低至9dB，故GSM系统的同频复用模式可缩小到4/12或3/9甚至更小（模拟系统为7/21）；加上半速率话音编码的引入和自动话务分配以减少越区切换的次数，使GSM是容量效率（每兆赫每小区的信道数）可比TACS高3~5倍。

3）、话音质量

当达到门限值以上时，话音质量总是达到相同的水平而与无线传输质量无关。

4）、开放的接口

GSM标准所提供的开放性标准接口，不仅限于空中接口，而且包括网络之间以及网络中各设备实体之间。

5）、安全性

通过鉴权、加密和TMSI号码的使用，达到安全目的。

6）、与其他网络的互连

利用现有的标准接口如ISUP、TUP等即可实现。

7）漫游功能

GSM可提供全球漫游功能，当然，网络经营者之间的某些协议还是必须的。

如为了计费，可通过MOU协调。

5、GSM系统提供的业务√

1）电信业务

这是GSM的主要业务，包括电话、紧急呼叫、三类传真以及短消息业务。

2）承载业务

与ISDN定义一样，不需调制解调器就可提供数据业务，但不能与基本电话业务同时使用。

3）补充业务

种类较多。

如呼叫转移、线路识别、呼叫等待、呼叫保持、多方会话等。

1.1.2蜂窝小区系统概念√

1、蜂窝小区系统的特点

1）、频率复用

无线频率资源复用的概念。

由系统所选用的调制方式、带宽确定载干比，在满足这个载干比要求的前提下考虑到多经衰落等因素确定同频复用保护距离。

2）、越区切换

当MS从一个小区移动到另一个小区时，能不中断通话而自动切换信道。

3）、信道分配和小区分裂

移动网由于本身的特点，话务分配不均衡。

随着话务量的增加，可以将原有的小区进一步分裂成更小的小区。

2、GSM系统使用的几项关键技术

窄带时分多址TDMA、规则脉冲激励长期预测RPE-LTP话音编码和高斯滤波最小移频键控（GMSK）调制方式

1.1.3.GSM系统结构

1．GSM系统组成√

GSM被分成三个子系统：

网络交换子系统（NetworkSwitchingSubsystemNSS）；基站子系统（BaseStationSubsystemBSS）；网络管理子系统（NetworkManagementSubsystemNMS），网络管理子系统（NMS）又叫操作与维护中心（OMC--Operation&MaintenanceCenter）。

网络子系统NSS是整个GSM系统的核心。

它对GSM移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换连接与管理的功能。

基站子系统BSS是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分，它通过无线接口直接与移动台相连负责无线信息的发送接收，无线资源管理及功率控制等，同时它与NSS相连实现移动用户间或移动用户与固定网络用户之间的通信连接，传送系统信息和用户信息等。

网络管理子系统NMS负责NSS和BSS系统的维护管理工作。

2．网络交换子系统（NSS）的组成及功能

TMSC

TMSC即TransitMSC，是专门用于转接话务的移动交换中心。

GMSC

GMSC即GatewayMSC,又称移动关口交换中心，主要用于和其它电信运营商设备的互联互通（包括移动运营商内部用于不同业务的互相连接）。

移动交换中心MSC

MSC是整个交换网络的核心，完成或参与网络子系统NSS的全部功能。

对呼叫进行控制与接续，提供计费信息并协调与控制整个GSM网络中的各个功能实体。

拜访位置寄存器VLR

VLR是服务于其控制区域内移动用户的数据库。

系统存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息，为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。

当某用户进入VLR控制区后，此VLR将向该移动用户的归属位置寄存器HLR获取并存储必要数据，而一旦此用户离开后则取消VLR中此用户的数据。

VLR通常与MSC合设在一起。

归属位置寄存器HLR

HLR是一个存储移动用户数据的静态数据库。

包括用户识别号码，访问能力，用户类别和补充业务等数据。

同时也存储移动用户所在VLR区域的有关动态数据。

鉴权中心AUC

AUC存储着鉴权信息和加密密钥，防止无权用户接入系统和防止无线接口数据被窃。

设备识别寄存器EIR

EIR存储着移动设备的国际移动设备识别码。

IMEI通过核查三种表格：

白名单、灰名单、黑名单，使网络具有防止无权用户接入。

监视故障设备的运行和保障网络运行安全的功能。

3．基站子系统（BSS）的组成及功能√

基站控制器BSC

BSC是基站子系统BSS的控制部分。

主要完成接口管理，BTS--BSC之间的地面信道管理，无线参数及无线资源管理测量和统计切换支持呼叫控制操作与维护等功能。

基站收发信台BTS

BTS受控于基站控制器BSC。

属于基站子系统BSS的无线部分，是服务于某小区的无线收发信台设备。

实现BTS与移动台MS空中接口的功能，BTS主要分为基带单元、载频单元、控制单元三部分。

基带单元主要用于话音数据速率适配以及信道编解码等。

载频单元主要用于调制/解调与发射机/接收机间的耦合。

控制单元则用于BTS的操作与维护。

BSC与BTS间的组网方式

见2.3.1.1.无线子系统的组成及组网方式

各类空中信道

1）FCCH：

频率校正信道

FCCH由全“0”组成的突发脉冲序列，是纯正弦波，使得移动台搜索到广播的TRX。

2）SCH：

同步信道

接收来自基站的BSIC（基站识别码）和TDMA帧号。

3）BCCH：

广播控制信道

频点信息；

跳频序列；

信道组合；

寻呼组；

邻近小区信息。

4）PCH：

寻呼信道

PCH是一个下行链路信道，在移动被叫的情况下，它由位置区的所有BTS广播。

5）RACH：

随机访问信道

RACH是公共控制信道中唯一的一个上行链路，它由移动台使用以启动一个事务处理，或作为PCH的应答。

点对点。

6）AGCH：

准许访问信道

AGCH是对RACH的应答。

它为移动台指派一个SDCCH。

7）SDCCH：

独立专用控制

SDCCH用于系统信令：

呼叫建立、鉴权、位置更新、TCH的分配、短消息。

8）SACCH：

慢速随路控制信道

SACCH伴随着SDCCH和TCH；发送测量报告、功率控制、时间校准，有时也用于发送短消息。

9）FACCH：

快速随路控制信道

用于切换，它与TCH对应并替代20ms的语音，“偷帧”模式。

10）TCH：

话务信道

TCH是传送用户话音和数据的逻辑信道，它可以是半速率（TCH/H，5.6Kbps）、全速率（TCH/F，13Kbps）、增强型全速率（TCH/EFR，13Kbps）。

增强型全速率的编码机制和普通全速率不同。

帧结构、复帧结构

4．Transcode的原理、类型、位置、帧结构

在空中接口，传输媒介承载的是无线载频，但是所有的话务信号都要通过有线网传输。

为了使得数字话音信息在无线空中接口上的有效传输，数字话音信号需要被压缩。

为了在空中接口上传输话音信号，话音信号被移动台压缩至13Kbits/s（全速率）或6.5Kbits/s（半速率）。

然而在有线网中的话音标准速率是64Kbits/s,因此在网络中必须提供从一种速率到另一种速率的转换，这就是所谓的码型转换器（TC--Transcode）。

如果TC通过PCM线连接尽可能地靠近MSC，理论上可以把4个话务信道压缩到一根PCM线上，这就提高了PCM的利用率。

所以TC一般放在MSC侧。

TC有两种类型：

TCSM2E（欧洲版）

TCSM2A（美国版）

TCSM的帧结构：

时隙

TS0

LAPD

全速率、增强型全速率、半速率等特点：

√

TCH是传送用户话音和数据的逻辑信道，它可以是半速率（TCH/H，5.6Kbps）、全速率（TCH/F，13Kbps）、增强型全速率（TCH/EFR，13Kbps）。

增强型全速率和普通全速率相同，但编码机制不同。

5．OMC（OMCS&OMCR）的组成及功能√

OMC的目的是监控网络的各个功能和单元。

OMC通常由若干工作站、服务器和路由器等组成并连接到数据通信网（DCN）。

OMC的功能被分成三类：

●故障管理

●配置管理

●性能管理

故障管理

故障管理的目的就是为了确保网络的稳定运行和故障的快速检测，故障管理给网络运营者提供告警事件的当前状态和告警历史的数据记录。

告警被储存在OMC的数据库中，并且根据网络运营者规定的标准能够查找到这个数据库。

配置管理

配置管理的目的是维护网络单元的当前运营和配置状态的数据信息。

特定的配置功能包括无线网络的管理、网络单元硬件和软件管理、时间同步和安全操作等等。

性能管理

在性能管理中，OMC从各个网络单元中收集和存储测量数据。

在这些数据的基础上，网络运营者将实际的网络性能与规划的网络性能进行比较，然后在网络中检测出性能好的和性能差的区域。

6．MS（ME、SIM）的功能及版本√

MS是用户直接使用完成移动通信的设备。

对于数字移动通信来讲，已经从一定程度上具备了个人化的特点，即使存有用户私人信息的SIM卡和通信的物理设备（ME）实现分离。

SIM卡上包含所有与用户有关的无线接口一侧的信息，也含有鉴权和加密实现的信息。

而物理设备可以是手持机车载机或是由移动终端直接与终端设备相连而构成的设备。

MS的版本有GSMPHASE1，GSMPHASE2，GSMPHASE2+，CDMA，GPRS等

7．接口与协议

●接口介绍

移动通信市场中存在着各个设备商的产品，为了保证电信营运部门能够选择使用不同厂家的各部分设备进行组网，需要制定技术规范以保证不同设备间接口的标准性。

下面对系统接口及含义进行介绍。

GSM系统的接口如下图所示。

√

Um接口（空中接口—AIRINTERFACE）：

BTS与MS之间的空中接口

Abis接口：

BSC与BTS之间的接口

A接口：

MSC与BSC之间的接口

A：

MSC/VLR/SSP与BSC之间的接口

C：

MSC与HLR之间的接口

D：

VLR与HLR之间的接口

E：

MSC之间的接口

F：

MSC/VLR/SSP与EIR之间的接口

G：

VLR之间的接口

L：

MSC/VLR/SSP与SCP之间的接口

J：

HLR与SCP之间的接口

●接口含义

下面主要介绍一下各接口的含义。

A接口

A接口定义为网络子系统NSS与基站子系统BSS间的通信接口。

从系统上来讲就是移动交换中心MSC与基站控制器BSC之间的接口。

物理链路采用标准的2.048Mb/s的数字传输链路。

实现此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等。

Abis接口

Abis接口定义了基站子系统BSS中基站控制器BSC和基站收发信台BTS之间的通信标准，用于远端互连方式。

而图示中的BS接口是Abis接口的特例，用于定义基站控制器BSC与基站收发信台BTS间距离小于10米时的标准。

BSC与BTS之间采用标准的2.048Mb/sPCM数字链路来实现，此接口支持所有面向用户提供的服务，并支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配。

Um接口（空中接口）

Um接口----空中接口定义为移动台与基站收发信台BTS之间的通信接口。

用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通。

物理链路是无线链路，此接口传递的信息主要包括无线资源管理信息、移动性管理信息和接续管理信息等。

C接口

C接口定义为MSC与HLR之间的通信接口。

当移动台MS作被叫时，C接口用于MSC从HLR获得被叫MS的路由信息，当向MS传短消息时C接口用于短消息移动中心关口MSC从HLR获得MS目前所在的MSC号码。

D接口

D接口定义为VLR与HLR之间的通信接口。

该接口用于与交换有关的移动台位置信息及用户管理信息，为保证移动用户在整个服务区内能够建立和接受呼叫，则必须要在VLR与HLR之间交换数据，如VLR需要告知HLR其所属的移动用户当前的位置信息，HLR需要把所有与VLR有关的业务数据发送给VLR。

如果VLR区域已经发生改变，HLR还需要删除移动用户在漫游VLR中的位置信息及业务数据。

另外用户对所使用业务的修改请求的实现，如补充业务操作及运营者对用户数据的修改都要通过D接口交换数据。

E接口

E接口定义为MSC与MSC之间的通信接口。

当移动台MS在一个呼叫进行过程中从一个移动交换中心MSC控制的区域移动到另一个移动交换中心MSC控制的区域时为不中断通信需要执行切换过程。

E接口正是用于MSC之间交换数据以启动和实现切换操作，同时还可用于传送短消息。

F接口

F接口定义为MSC与EIR之间的通信接口。

当MSC需要检查国际移动设备识别码IMEI的合法性时，需要通过F接口和EIR交换与IMEI有关的信息。

G接口

G接口定义为VLR与VLR之间的通信接口。

当移动用户漫游到新的VLR控制区域并且采用临时移动用户识别码TMSI而发起位置更新时，此接口用于当前VLR从前一个VLR取得IMSI及鉴权参数。

L接口

SSP与SCP之间的接口。

通过该接口实现业务交换功能SSF通知业务控制功能SCF进行补充业务调用。

J接口

SCP与HLR之间的接口。

业务控制功能SCF进行补充业务调用时通过该接口实现与HLR之间的信息交换。

B接口

B接口定义为VLR与MSC之间的通信接口。

该接口用于移动交换中心MSC向拜访位置寄存器VLR询问移动台MS的当前位置信息或业务信息的有关操作或者通知拜访位置寄存器VLR更新移动台MS的当前位置信息的有关操作或者用于补充业务或短消息的有关操作等。

通常实用化的GSM系统结构一般把VLR和MSC集成在同一实体内。

BSC和OMC的接口是模拟X.25，MSC和OMC的接口是数字X.25，BSC和BTS之间的接口是LAPD协议，BTS和MS之间的接口是LAPDm协议.

1.1.4GSM系统中的各类号码√

GSM系统的号码计划应能满足下面几点要求：

1．任何PSTN中的用户能够与GSMPLMN的移动用户互相进行呼叫，这意味着移动MSISDN号码应与每个国家使用的MSISDN号码计划相适应。

2．能够使每个运营部门开发自己独立的移动台号码计划。

3．号码计划不应限制移动台在不同GSMPLMN之间漫游的可能性。

4．能够在不改变分配给移动台的IMSI条件下改变移动台的MSISDN号码。

下面分别介绍GSM中的主要识别码

移动台国际识别号码MSISDN

MSISDN是指主叫用户为呼叫移动用户而拨叫的号码组成。

MSISDN=CC+NDC+SN

CC：

国家码，即移动台登记注册的国家码，中国为86。

NDC：

国内目的码即网络接入号每个PLMN可以分配多个NDC。

SN：

移动用户号码

由NDC和SN确定的国内有效MSISDN号码由各个国家运营部门自己决定

国际移动用户识别码IMSI

IMSI是在PLMN中唯一识别一个移动用户的号码。

此号码在GSM系统所有服务区中都是有效的，在呼叫建立与位置更新时需要用到IMSI，IMSI保存在HLR、VLR和SIM卡中。

IMSI组成如下，它的总长为15位数字，采用十进制编码

IMSI=MCC+MNC+MSIN

MCC：

移动国家码，由3位数组成唯一地识别移动用户所属的国家，中国的MCC规定为460。

MNC：

移动网号，由2位数组成识别移动用户所归属的移动通信网，中国移动为00，中国联通为01。

MSIN：

移动用户识别码，唯一地识别某一移动通信网中的移动用户。

NMSI：

NMSI=MCC+MNC，国家移动用户识别码，由MNC和MSIN组成。

临时移动用户识别码TMSI

给移动用户分配TMSI主要考虑到移动用户的安全性。

凡是在空中接口传递的IMSI都用TMSI代替，VLR可给来访的每一用户分配一个唯一的TMSI，在每次鉴权后分配，只在某一VLR管辖区内有效，当用户离开此VLR服务区后释放此号码，在呼叫建立和位置更新时可使用TMSI。

TMSI的总长为4个字节，即8为16进制的数，结构由当地电信部门自定。

移动台漫游号码MSRN

当呼叫一个移动用户的时候为使网络进行路由选择VLR临时分配给移动用户的一个号码。

在每次移动台有来话呼叫时根据HLR的请求临时由VLR分配一个MSRN。

此号码只在某一范围比如90秒内有效，MSRN的组成与MSISDN相同。

最大为15位数，对于在某一特定区域漫游的移动台，MSRN号码在被访VLR区域内是唯一有效的。

信道切换号码HON

此号码用于两个移动交换区MSC区间进行切换时为建立MSC间通话链路而临时使用的号码，它类似于MSRN的组成。

国际移动设备识别码IMEI

IMEI唯一地识别一个移动台设备。

IMEI=TAC+FAC+SNR+SP

TAC：

型号批准码由欧洲型号批准中心分配。

FAC：

最后装配码表示生产厂或最后装配所在地由厂家自行编码。

SNR：

序号码这个数字的独立序号唯一地识别每个TAC和FAC的每个设备。

SP：

备用（1位）。

位置区识别码LAI

在检测位置更新和切换的需求时要使用位置区识别LAI。

LAI=MCC+MNC+LAC

MCC：

移动国家码与IMSI中的MCC相同。

MNC：

移动网号与IMSI中的MNC相同。

LAC：

位置区码，用于识别移动通信网中的一个位置区。

全球小区识别GCI

GCI是在所有GSM/PLMN中作为小区的唯一标识，是在LAI的基础上再加上小区识别CI组成。

CGI=MCC+MNC+LAC+CI

基站识别色码BSIC

BSIC用于采用相同载频的相邻的不同的基站收发信台BTS的识别。

特别用于识别在不同国家的边界地区采用相同载频的相邻BTS。

BSIC=NCC+BCC

NCC：

网络色码用来唯一识别相邻国家不同的PLMN。

BCC：

基站色码用来唯一识别采用相同载频的相邻BTS。

BSIC主要用于工程设计中。

1.1.5.GSM系统中的常见信令流程

1、无线资源管理信令流程

●信道分配信令流程

参见寻呼信令流程图和呼叫信令流程图

●切换信令流程

●寻呼信令流程

2、移动性管理信令流程

●鉴权信令流程

●位置更新信令流程

ServiceName

Interface

DataHandled

Purpose

MAP_UPDATE_LOCATION_AREA

MSC-VLR

LAI

NormalLocationupdate

MAP_UPDATE_LOCATION

VLR-HLR

UpdateLocationinformationinHLR

MAP_CANCEL_LOCATION

HLR-VLR

IMSI

SentfromHLR,todeletesubscriberdatafromtheVLR

MAP_INSERT_SUBSCRIBER_DATA

HLR-VLR

IMSI,SS,BServ,etc..

HLRupdatesVLRaboutnewservices,dataofthesubscriber.

MAP_SEND_IDENTIFICATION

VLR-（old）VLR

Auth.Triplets

OnlocationupdatetoaneighbouringVLR,thenew

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