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