GSM网络结构及功能协议总结.docx

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GSM网络结构及功能协议总结

学习小结

一、GSM概述

1、历史

1G(北美AMPS、英国TACS、北欧NMT)→2G(泛欧GSM、窄带CDMA)→2.5G(GPRS)→2.75G(EDGE)→3G(UMTS或IMT2000)

GSM:

数字、TDMA和FDMA结合的接入方法

蜂窝系统:

采用低功率发射机以便能对频率进行有效的再用。

2、小区分类

宏小区:

偏远、人口稀少

微小区:

人口稠密

微微小区:

办公楼内、局部的用户小交换机(PBX)、无线局域网

毫微小区:

屋顶下的蜂窝区域

选择性小区或者扇形小区:

隧道入口处120度覆盖范围

分层型小区

伞型小区:

高速公路,防止频繁的小区切换

小区(CGI)、位置区(LAI)、MSC/VLR服务区、公众陆地移动电话网(PLMN)

3、模拟到数字

蜂窝的提出

数字无线通信是通过成本效益方式解决容量需求的最佳选择,但不是最理想的选择

电信业务:

用户终端业务(话音、应急电话112等、3类传真、短消息160字节、小区广播、语音组)、承载业务(传送同步和异步数据)、补充业务(呼叫转移等)

4、GSM体系结构

计费中心CBC、短消息业务中心SMSSC、网关移动交换中心GMSC

手机IMEI与SIM卡IMSI相互独立。

MS=SIM+手机+电池

 

5、GSM协议模型

RR层负责呼叫的建立、释放、重建、切换以及业务信道模式的变换

MM层负责MS的登记、位置管理和鉴权。

CM层提供各种补充业务,呼叫控制,短消息业务

无线空中接口Um协议

Abis接口协议

 

A接口协议

PSTN/ISDN/PSDN接口

 

各种接口的比较

接口

特点

标准化

Um接口

支持TDMA和FDMA帧结构

完全标准化

Abis接口

支持2.048mbps和1.544mbps1Ts=4信道

部分标准化

Ater接口

支持2.048mbps和1.544mbps1Ts=4信道

-------------------

A接口

1Ts=4信道

完全标准化

PSTN/PSDN/ISDN接口

------------------------

各国相互独立,但有一定的互联互通能力

GSM网络接口

【1】BTS-MS:

空中接口

【2】BSC-BTS:

A_bis接口,多采用厂家内部协议。

【3】MSC-BSC:

A接口,BSSAP协议。

【4】MSC-VLR:

B接口,内部协议。

【5】MSC-HLR:

C接口,当移动台被叫或向移动台发送短消息时,入口MSC询问移动台的HLR,以获得MSRN。

MAP协议。

【6】HLR-VLR:

D接口,交换移动台的位置信息和用户信息。

MAP协议。

【7】MSC-MSC:

E接口,实现MSC间的切换功能,MAP协议;电路交换功能,TUP协议。

【8】MSC-EIR:

F接口,在MSC检查IMEI是使用。

中国不用EIR。

【9】VLR-VLR:

G接口,当移动台以TMSI启动位置更新时,VLR能够向前一个VLR索取IMSI与鉴权参数组。

MAP协议。

【10】MS-DTE:

R接口。

【11】MSC-SC:

未定义。

当GMSC/SC为同一实体时,此接口成为内部接口。

【12】MSC-PSTN:

电路交换功能,TUP协议。

GSM网络接口中,除了A_bis和空中接口之外,都采用了七号信令。

七号信令网作为电信网的支撑网,这一点在GSM系统中体现的极为明显。

七号信令系统与OSI层次结构

第7层应用层

--------------------------------

第3层:

网络层

---------------------------------

第2层:

数据链路层

---------------------------------

第1层:

物理层

---------------------------------

MTP:

MessageTransferPart,消息传递部分

SCCP:

SignalingConnectionControlPart,信令连接控制部分

BSSAP:

BaseStationSystemApplicationPart,基站系统应用部分,用于GSMA接口

TCAP:

TransactionCapabilityApplicationPart,事务能力应用部分

MAP:

MobileApplicationPart,移动应用部分,用于MSC﹑VLR﹑HLR之间的接口

TUP:

TelephoneUserPart,电话用户部分,用于MSC和PSTN之间的接口

简化的七号信令系统结构

MAP、BSSAP、TUP…

用户部分

消息传递部分

MTP、SCCP

 

6、信道分类

无线信道:

按使用的频率来定义

物理信道:

表示其所占用的时隙

逻辑信道:

被定义为所提供或服务的功能

GSMR频率:

上行885MHz~889MHz下行930~934MHz

基本GSM频率:

上行890MHz~915MHz下行935~960MHz

FDMA:

25MHz分为125个载频,即125个信道,其中0信道保留作为保护带宽,避免来自下端临近信道的干扰,用作报警频带。

频道间隔200KHz——无线信道。

BTS可支持31个信道(频点),实际中,运营商为每个BTS分配1~16个信道。

绝对射频号ARFCN用于每个频点中的信道分配。

TDMA:

每个载频分成8个时隙——物理信道。

扩展GSM频率:

上行880MHz~915MHz下行925~960MHz

信道974未使用,用作报警频带;信道0现已使用。

7、调制

将音频和射频信号结合的过程称为调制。

调制是将输入信息改变成为与传输介质相适配的一种变换过程。

GSM采用GMSK高斯最小频移键控调制方式

GMSK:

1bit/symbol,

GSM总的符号速率:

270.833ksymbol/s,

总的时隙传输速率:

22.8kbit/s

8、多址方式

GSM采用TDMA与FDMA结合

基本GSM频率:

上行890MHz~915MHz下行935~960MHz

FDMA:

25MHz分为125个载频,即125个信道,其中0信道保留作为保护带宽,避免来自下端临近信道的干扰,用作报警频带。

频道间隔200KHz—无线信道(频率)。

TDMA:

每个载频(信道)分成8个时隙——物理信道(时隙)。

TDMA系统中一个脉冲就是一个时间单元,持续时间大约为0.577ms,一个TDMA帧由8个时隙构成,持续4.615ms,构成TDMA帧的8个突发脉冲时隙的每一个都分配给一个用户。

逻辑信道——由物理信道所承载的信息

三种信道的关系:

在1个载波中的若干个重复的时隙构成1个物理信道,而物理信道被不同的逻辑信道用来发送信息——包括用户数据和信令。

一个信道对应于每一帧中重复出现的一个脉冲时隙,信道根据其频率和在TDMA帧内的相应脉冲的位置来定义,GSM中有业务信道(传送话音和数据信息)和控制信道(传送网络管理信息和进行信道维护任务)。

9、相关层的说明

物理层(第一层):

支持空中接口发送比特流所需的功能,第一层还提供于上层的接入能力。

在物理层,无线信道中传送的大多数信令信息都采用23个8字节码组——协议05系列。

数据链路层:

复用、错误检测和纠错、流量控制、分段,以支持上层长消息。

无线接口使用Dm信道链路接入协议(LAPDm),该协议基于D信道接入协议(LAPD)的基本原则。

——协议04.05和04.06。

10、无线链路中的话音编码

GSM话音编解码器是规则脉冲激励长期预测(RPE-LTP)编码器,话音信号被划分成20ms的码组,这些码组以13kbps的速率通过话音编解码器从而获得260bit的码组。

(1)信道编码

分组码:

接收240bit的输入码组并在输入码组尾部加上4个0,分组码的输出为244bit码组——协议05.03。

卷积码:

具有记忆性。

(2)卷积编码

260bit输入码组——456bit输出码组

备注:

MSC既有中国七号信令网的24位的编码,也有用于和BSC接口的14位编码;BSC只有14位的专用网编码。

消息路由:

选路过程可一般地表示为:

DPC路由组链路组信令链路。

A接口的的应用层协议是BSSAP

MTP-1

MSC、BSC之间的传输一般为2Mbits/s电路,A接口的MTP-1层为其中的一个64kb/s时隙。

MTP-2

A接口的数据链路层就是一般的七号信令数据链路层。

MTP-3

相关参数设置如下:

SI:

0011SCCP

SSF:

11××国内备用(14位的点码)

A接口中,采用14位的信令点编码。

MSC另有一个24位的中国七号信令网的信令点编码,用于和HLR、MSC、PSTN、SC等的接口。

因为MSC、BSC只有一个直连的链路组,信令网管理功能在A接口中大大地简化了,只需要倒换、倒回、管理阻断等简单的功能。

SCCP

A接口用DPC+SSN的寻址方式。

BSSAP的SSN为:

11111110。

用SCCP的0类和2类服务,即基本无连接服务和基本的面向连接服务。

BSSAP

BSSAP分为BSSMAP和DTAP两部分。

其中,DTAP用于MSC和MS之间的通信,BSS不处理DTAP的消息,直接转发。

BSS只处理BSSMAP消息。

BSSAP的消息包含在SCCP消息的消息参数“用户数据”之中。

A接口参考模型

DTAP-DirectTransferApplicationPart

BSSMAP-BSSManagementApplicationPart

BSSOMAP-BSSOperationandMaintenanceApplicationPart

SCCP-SignallingConnectionandControlPart

MTP-MessageTransferPart

BSS-BaseStationSystem

MSC-MobileservicesSwitchingCentre

DTAP消息:

GSM04.08

BSSMAP:

GSM08.08

 

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