第二章-GSM和GPRS通信系统

第2章GSM和GPRS通信系统内容提要概述GSM系统组成GSM系统的编号GSM系统的无线接口GSM系统的控制和管理通用分组无线业务内容提要概述GSM系统组成GSM系统的编号GSM系统的无线接口GSM系统的控制和管理通用分组无线业务2.1概述GSM：groupofspecialmobile/globalsystemformobilecommunicationsGSM的主要特点：频谱效率高容量大话音质量好开放的接口安全性好与ISDN、PSTN等互联在SIM卡基础上实现漫游内容提要概述GSM系统组成GSM系统的编号GSM系统的无线接口GSM系统的控制和管理通用分组无线业务2.2GSM系统的组成GSM系统的结构与功能GSM系统的接口和协议GSM网络结构GSM系统的结构与功能GSM系统的结构网络子系统（NSS）基站子系统（BSS）移动台子系统（MS）操作维护子系统（OSS）GSM系统的结构MSC：移动业务交换中心VLR：来访用户位置寄存器HLR：归属用户位置寄存器AUC：鉴权中心EIR：移动设备识别寄存器BSC：基站控制器BTS：基站收发信台OMC：操作维护中心PSTN：公用电话网ISDN:综合业务数字网PSPDN:分组交换共用数据网网络子系统功能：完成交换功能和用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。组成：MSC（移动交换中心）数据库VLR（访问位置寄存器）HLR（归属位置寄存器）AUC（鉴权中心）EIR（设备识别寄存器）MSC移动交换中心功能：是网路的核心，完成系统的电话交换功能可从三种数据库获取处理用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。反之，MSC也根据其最新获取的信息请求更新数据库的部分数据；提供移动性能和其他网络功能类型普通MSC网关MSC（GMSC）：网间互通汇接MSC（TMSC）：长途汇接HLR归属位置寄存器是GSM系统的中央数据库，是一个静态数据库，一个HLR能够控制若干个移动交换区域以及整个移动通信网。存储的用户信息分两类：用户信息（静态信息）：用户的入网信息（如分配给移动用户的两个号码：IMSI、MSISDN），注册的有关业务信息等；用户当前的位置信息：移动用户实际漫游所在的MSC区域和移动台漫游号码等相关动态信息数据；VLR访问位置寄存器是一种用于存储来访用户位置信息的动态数据库。当漫游用户进入到新的移动交换中心控制区时，它必须向该地区的访问位置寄存器申请登记。访问位置寄存器要给该用户分配一个新的漫游号码(MSRN)，并从该用户的归属位置寄存器查询有关的参数，并通知其归属位置寄存器修改该用户的位置信息，以便其他用户呼叫此移动用户时提供路由信息。而一旦此用户离开后，将取消VLR中此用户的数据。VLR通常在每个MSC中实现。AUC鉴权中心（认证中心）AUC属于HLR的一个功能单元部分，专用于GSM系统的安全性管理。功能：对用户身份进行认证，对无线接口上的话音、数据等信息进行加密。用来防止无权客户接入系统和保证通过无线接口的移动用户通信安全。存储信息：鉴权信息和加密密钥EIR设备识别寄存器也称为设备身份登记器，防止非法使用偷窃的、有故障的或未经许可的移动设备存储信息：移动设备的国际移动设备识别码（IMEI）基站子系统MSBTS：基站收发信台BSC：基站控制器SM：子复用设备BTSBIEBIEBSCSMSMTCMSCMSBTSUm接口Abis接口Um接口A接口BIE：基站接口设备MSC：移动业务交换中心TC：码变换器基站子系统是由基站收发信台（BTS）和基站控制器（BSC）这两部分的功能实体构成。基站子系统是由基站收发信台（BTS）和基站控制器（BSC）这两部分的功能实体构成。功能：通过无线接口直接与移动台相接，负责无线收发和无线资源管理与网络子系统中的移动业务交换中心相连，实现移动用户间或移动用户与固定网用户间的通信连接，传送系统信令和用户信息BTS基站收发信台BSS的无线部分；由基站控制器（BSC）控制，服务于某个小区的无线收发信设备，完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与MS之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。BSC基站控制器基站子系统（BSS）的控制部分；起着BSS的变换设备的作用，即各种接口的管理，承担无线资源和无线参数的管理；控制切换，移动台功率控制。附加设备基站接口设备BIE：用于连接BTS和BSC，实现远端控制。当BTS与BSC之间的距离超过15米，必须采用BIE。位于同一位置的若干BTS可以通过BIE共享由BTS至BSC的PCM链路。码型转换和速率适配器=TC+SM：位于BSC与MSC之间，适应无线与有线使用不同的传输速率。TC话音速率转换设备SM子复用设备移动台子系统用户使用的设备类型：手机、车载台、便携台通过无线接口接入GSM系统的通常的无线处理功能；提供与使用者间的接口用户识别模块SIM：存储所有与用户有关的信息和某些无线接口的信息，其中也包括鉴权和加密信息处理异常的紧急呼叫时（如119、110、120、122等），可以不插入SIM卡。操作维护子系统网路操作和维护：对GSM系统的BSS和NSS进行操作和维护的管理，由OMC完成网络的监视、操作（告警、处理等）；无线规划（增加载频、小区等）；交换系统的管理（软件、数据的修改等）；性能管理（产生统计报告等）。2.2GSM系统的组成GSM系统的结构与功能GSM系统的接口和协议GSM网络结构GSM系统的接口和协议MSMSCEIRHLRVLRBTSBSCMSCVLRUmEAbisDGBFACUm接口MSMSCEIRHLRVLRBTSBSCMSCVLRUmEAbisDGBFAC空中无线接口：用于移动台和GSM系统的固定部分之间的互通，其物理连接通过无线链路实现。传递的信息包括：无线资源管理、移动性管理和接续管理。Abis接口MSMSCEIRHLRVLRBTSBSCMSCVLRUmEAbisDGBFAC物理连接通过采用2Mb/s或64kb/s的PCM链路实现。该接口支持向用户提供的所有服务，并支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配。目前该接口未开放。A接口MSMSCEIRHLRVLRBTSBSCMSCVLRUmEAbisDGBFAC基于2Mb/s数字接口，采用14位7号信令方式，主要传递呼叫处理、移动性管理、基站管理、移动台管理等信息。B接口MSMSCEIRHLRVLRBTSBSCMSCVLRUmEAbisDGBFAC用于MSC向VLR询问有关移动台当前位置信息或通知VLR有关移动台的位置更新信息等。为内部接口，不做规定。C接口MSMSCEIRHLRVLRBTSBSCMSCVLRUmEAbisDGBFAC用于被叫移动用户信息的传递以及获取被叫移动用户的漫游号码。两者之间采用标准的2Mb/s或64kb/s的PCM链路。D接口MSMSCEIRHLRVLRBTSBSCMSCVLRUmEAbisDGBFAC用于移动台的位置信息和用户管理的信息，保证移动台在整个服务区内能建立和接受呼叫。因为VLR集成在MSC中，所以D接口的物理链路与C相同。E接口MSMSCEIRHLRVLRBTSBSCMSCVLRUmEAbisDGBFAC用于移动台从一个MSC控制区到另一个MSC控制区时为保持通话连续而进行局间切换，以及两个MSC之间建立用户呼叫接续时传递有关的消息。此接口的物理连接方式为标准的2Mb/sPCM链路。F接口MSMSCEIRHLRVLRBTSBSCMSCVLRUmEAbisDGBFAC在MSC检验移动台IMEI时使用，也是一个2Mb/s或64kb/s的PCM数字接口。G接口MSMSCEIRHLRVLRBTSBSCMSCVLRUmEAbisDGBFAC当采用临时移动用户识别码（TMSI）时，此接口用于向分配TMSI的VLR询问此移动用户的国际移动用户识别码IMSI的信息。连接方式与E接口相同。主要接口协议CMMMRRLAPDmSigL1L3L2L1MSRRBTSMLAPDmSigL1LAPDSigL1LAPDSigL1BTSMRRSCCPMTPBSSMAPCMMMBSSMAPSCCPMTPMSCBSCBTSUm接口A接口Abis接口图2.5系统主要接口的协议分层示意图应用于GSM系统的7号信令协议层GSM系统与PSTN之间的通信优先采用7号信令系统。支持GSM系统的7号信令系统协议层简单地用图2.7表示。BSSAPMAPTCAPISUPTUPSCCP图2.7应用于GSM系统的7号信令协议层MTP2.2GSM系统的组成GSM系统的结构与功能GSM系统的接口和协议GSM网络结构GSM系统的网络结构全国GSM移动通信网的网络结构省内GSM移动通信网的网络结构移动业务本地网的网络结构全国GSM移动通信网的网络结构国际局C1C2C3C4C5一级移动汇接中心二级移动汇接中心移动端局基站移动台PLMNPSTNPSTN图7-3全国数字蜂窝PLMN的网络结构及其与PSTN连接的示意图省内数字公用蜂窝移动通信网的网络结构本地移动交换中心和二级移动汇接中心以星型网连接，同时省内的二级汇接中心之间为网状连接TMSC/VLR图7-2省内数字公用蜂窝移动通信网的网路结构MSC/VLRMSC/VLRMSC/VLRTMSC/VLR省内二级汇接中心HLR移动汇接局移动业务本地网的网络结构在移动业务本地网中，每个MSC与局所在本地的长途局相连，并与局所在地的市话汇接局相连。TS2LS长途编号区2TS1长途编号区1TS3长途编号区3LSMSC/VLRMSC/VLRLSHLR图7-1移动业务本地网由几个长途编号组成的示意图移动本地网组网图（MSC较少）各MSC间以高效直达路由相连，形成网状网结构，移动交换局通过网关局接入到固定网，同时它至少还应和省内两个二级移动汇接中心连接，TmTSPSTN本地PLMNPLMN长途网INTSLSLSGWGWGW/GMSC3GW/GMSC1GW/GMSC2TMSC内容提要概述GSM系统组成GSM系统的编号GSM系统的无线接口GSM系统的控制和管理通用分组无线业务无线覆盖的区域划分小区：由一个基站（全向天线）或一个基站的扇型天线BTS所覆盖的区域。位置区（LAI）：由网络运营者划分，与一个或多个BSC有关，但只属于一个MSC。系统在位置区搜索激活状态下的移动台移动台在位置区可以自由移动而不用进行位置更新MSC业务区：一个移动交换中心所控制的区域PLMN业务区：由一个或几个MSC业务区组成（每个国家一个或几个），在该区内有共同的编号制度和路由计划。GSM业务区：由全球各个国家的PLMN网络所构成，移动台可获得服务的区域。小区基站区位置区MSC区PLMN区服务区移动识别号码目的是用于识别不同的移动用户、移动设备和网络，以正确寻址。移动台ISDN号码（MSISDN）：手机号码国际移动用户识别码（IMSI）：与手机号码相对应的唯一号码临时移动用户识别码（TMSI）：移动用户漫游号码（MSRN）：系统赋给来访客户的临时号码国际移动设备识别码（IMEI）位置区和基站识别码（LAI和BSIC）：移动台ISDN号码（MSISDN）主叫用户为呼叫GSMPLMN中的一个移动用户所需拨的号码。号码结构CC：CountryCode，国家码，如中国为86。NDC：NationalDestinationCode，国内接入号，如中国移动的NDC目前有139、138、137、136、135。SN：SubscriberNumber，用户号码，编码格式为：H1H2H3ABCD，其中H1H2H3为HLR号码，ABCD为移动用户号码MSISDN的一般格式为86-139(或8-0)-H1H2H3ABCD典型的MSISDN举例：861394770001在中国，移动用户号码升位为11位，在H1H2H3前面加了一个H0（0~9），其