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