第6章 GSM蜂窝移动通信系统

1、第第6 6章章 GSMGSM蜂窝移动通信系统蜂窝移动通信系统6.1 GSM6.1 GSM系统概述系统概述6.2 GSM6.2 GSM系统的无线接口系统的无线接口6.3 GSM6.3 GSM系统的控制与管理系统的控制与管理6.4 GPRS6.4 GPRS技术简介技术简介6.1 GSM6.1 GSM系统概述系统概述 GSM（Global System for Mobile Communications）系统是欧洲数字蜂窝移动通信系统的代名词。 GSM系统包括GSM900和DCS1800两个工作频段的并行系统，两个系统的功能相同，主要差别是工作频段不同，GSM900工作在900MHz频段，DCS18

2、00工作在1800MHz频段。 只 要 用 户 使 用 的 是 双 频 手 机 ， 就 可 以 在GSM900、和DCS1800之间自动切换，选择最佳信道进行通话，即使在通话中手机亦可以自动切换而用户毫无察觉，手机选择最佳信道，接通率会有所提高。6.1.1 GSM的网络结构 数字蜂窝移动通信是在模拟蜂窝移动通信的基础上发展起来的，在网络组成、设备配置、网络功能和工作方式上二者都有相同之处。但是由于数字蜂窝网采用全数字传输，因此在实现技术和管理控制等方面与模拟蜂窝网差异较大。 数字蜂窝网技术更先进，功能更完备、通信更可靠，并能够适应与其它数字通信网的互连。 GSM蜂窝系统的网络结构。（1）移动台

3、 移动台涉及用户的注册和管理。GSM系统采用用户识别模块（ SIM卡，Subscriber Identity Module）使用户和设备完全独立。移动设备只有插入SIM卡才能进网使用。在紧急呼叫时，可以不使用SIM卡操作移动台。（2）基站子系统（BSS） BSS通过无线接口与移动台相连，进行无线发送、 接收和无线资源管理。同时BSS与网络子系统（NSS）中的移动交换中心（MSC）相连，实现移动用户与固定网络用户之间或移动用户之间的通信连接。 BSS主要由基站控制器（BSC）和基站收发信机（BTS）构成。 BSC：主要负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是个很强的业

4、务控制点。 BTS：主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能，每个BTS有多部收发信机，占用多个频点，每个频点分成8个时隙。（3）网络子系统（NSS） MSC：具有完成呼叫接续与控制的功能，可以从HLR、VLR和AUC中获取处理用户位置登记和呼叫请求等所需要的所有数据，同时MSC支持越区切换和漫游等功能。 HLR：存储其管辖区内所有移动用户的有关数据：一类是有关客户的参数，包括移动用户号码、访问能力、用户类别和补充业务等，另一类是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至移动台的呼叫路由，包括MSC和VLR地址等。 VLR：存储进入其控制区内移动用户的有关数据，这

5、些数据从该移动用户的HLR中获取并进行暂存，一旦移动用户离开该VLR的控制区，临时存储的该移动用户的数据就会被删除。 AUC：存储用户的鉴权和加密信息，负责对用户鉴权、对无线链路上的话音、数据和信令信息进行加密等。 GSM鉴权过程： GSM加密过程： EIR：存储移动设备的国际移动设备识别码（IMEI），通过核查白、黑和灰三种表就可以判断出移动设备是属于准许使用的、是失窃不准使用的或者是由于技术故障或误操作而危及到网络正常运行的，以确保网络内所使用的移动设备的惟一性和安全性。 设备识别过程：MSC/VLR向MS请求IMEI，进而发送给EIR，EIR将收到的IMEI与白、黑、灰三种表进行比较，将

6、结果发送给MSC/VLR，以便MSC/VLR决定是否允许该MS进入网络。 何时需要设备识别取决于网络运营商，目前我国大部分省市的GSM网络均未配置EIR，所以此保护措施未采用。 通常，HLR、AUC合设于一个物理实体中，VLR、MSC合设于一个物理实体中。（4）操作维护子系统（OMC） OMC实现对全网进行监控与操作，如故障检测与处理、状态监视、实时控制、数据修改、性能管理、用户跟踪、告警、话务量统计等。（5）网络接口 为了各个厂家所生产的设备可以通用，GSM系统各个部分之间的连接必须严格符合规定的接口标准及相应的协议。 GSM系统各个部分之间的接口。VLRVLRHLREIRMSCBTSBSC

7、AbisMSCMSU mAEFCBDG A接口：物理连接采用标准的2.048Mbps的PCM数字传输链路，信令信道使用TS16，TS0通常用于传输MSC和BSC之间的同步信号，TS1TS15、以及TS17TS31传输业务信号。此接口主要完成对移动台和基站的管理、移动性和呼叫接续管理等。 Abis接口：通常采用2.048Mbps或64kbps的PCM链路。此接口支持所有向用户提供的服务、对BTS无线设备的控制和无线频道的分配等。 Um接口：一方面需要尽量提高无线资源利用率，另一方面，需要处理恶劣的无线传播环境，因此其协议复杂而庞大，是GSM系统中最重要、最复杂的接口。此接口负责无线资源管理、移动

8、性和呼叫接续管理等。 B接口：是MSC与VLR之间的内部接口，用于MSC询问VLR有关MS的当前位置信息或者通知VLR有关MS的位置更新信息等。 C接口：是MSC与HLR之间的接口，用于传递路由选择和管理信息，采用标准的2.048Mbps的PCM数字传输链路实现。 D接口：是HLR与VLR之间的接口，用于交换移动台位置和用户管理的信息，保证移动台在整个服务区内能够进行呼叫，由于VLR综合于MSC中， 因此D接口的物理链路与C接口相同。 E接口：是不同MSC之间的接口，用于当移动台从一个MSC控制区切换到另一个MSC控制区时交换有关信息，采用标准的2.048Mbps的PCM数字传输链路实现。 F

9、接口：是MSC与EIR之间的接口，用于交换相关的管理信息，采用标准的2.048Mbps的PCM数字传输链路实现。 G接口：是不同VLR之间的接口，G接口的物理链路与E接口相同。 GSM系统与其它公用通信网之间的接口：GSM系统通过MSC与公用通信网互连，一般采用 7 号信令系统接口，物理链接方式通过在MSC与 PSTN或ISDN交换机之间采用2.048Mbps的PCM数字传输链路实现，例如Ai接口和Di接口。 除此之外，还有O接口（OMC与NSS和BSS之间）、P接口（MSC与SMC之间）和N接口（HLR与SMC之间）等。6.1.2 GSM的区域与号码 GSM系统属于小区制大容量移动通信网，能

10、够在其服务区内实现位置更新、呼叫接续、越区切换和漫游服务等功能。由于用户数量庞大，对整个系统的区域划分和各种号码都有严格的定义。GSM的区域划分 从区域范围来看，GSM系统可划分为GSM服务区、PLMN、MSC区、位置区、基站区和扇区。 GSM服务区：指移动台可获得服务的区域， 例如中国GSM网。 PLMN：一个PLMN可由一个或若干MSC组成，例如省网，在PLMN内具有相同的编号制度和路由计划。 MSC区：指一个MSC所控制的区域。 位置区：一般由若干基站区组成，移动台在位置区内移动无须进行位置更新，当寻呼移动台时向位置区内全部基站同时发送寻呼信号。 基站区：指BTS有效的无线覆盖区。 扇区

11、：当BTS的天线采用定向天线时，基站区分为若干扇区。GSM的编号计划 GSM网络是复杂的，包括MSC、HLR、VLR、AUC和EIR以及与移动台、基站子系统、其它网络如PSTN、ISDN、PDN、其它PLMN等之间的相互连接。为了将一个呼叫接续至某个移动用户，需要调用相应的实体，因此需要正确地寻址，编号计划非常重要。各种号码的编号计划和用途如下。（1）国际移动用户识别码 在GSM系统中，每个用户分配一个唯一的国际移动用户识别码（IMSI），用于GSM系统的所有信令中，存储在SIM卡、HLR、VLR中。 根据GSM标准建议，IMSI最大长度为15位十进制数字，其组成如图所示。MCC：移动用户所属

12、国家代号，占3位数字，中国的MCC规定为 460。MNC：移动网号码，最多由2位数字组成，用于识别移动用户所归属的移动通信网，中国移动GSM对应00，中国联通GSM对应01。MCCMNCMSINNMSIIMSI( 15位数字)3位数字1或 2位数字 MSIN: 移动用户识别码，用于识别某一移动通信网中的移动用户。中国MSIN：H1H2H3XXXXXX，其中H1H2H3为HLR的编号。（2）临时移动用户识别码 GSM系统为了提高安全性，采用临时移动用户识别码（TMSI）代替IMSI，VLR可给来访的移动用户分配一个TMSI，避免通过无线信道频繁发送IMSI，从而能够防止非法窃听和盗用。 TMSI

13、的长度不超过4个字节，其格式由各个运营部门决定。（3）国际移动设备识别码 国际移动设备识别码（IMEI）是区别移动设备的标志，可以用于监控被窃和无效的移动设备，其为一个15位十进制数字，其格式如图所示。TAC：型号批准码， 由欧洲型号标准中心分配。FAC：装配厂家号码。SNR：产品序号，用于区别同一个TAC和FAC中的不同移动设备。SP：备用。（4）移动台的号码 移动台的号码即是电话号码，是在呼叫接续时所需要拨的号码，其编号规则应该与各国的编号规则相一致。移动台的号码分为移动台国际ISDN号码（MSISDN）和移动台漫游号码（MSRN）两种。 MSISDN为呼叫GSM系统中的某个移动用户所需要

14、拨的号码。一个移动台可以分配一个或几个MSISDN号码，其组成格式如图 所示。CC：国家代号，即移动台注册登记的国家代号，中国为 86。NDC：国内地区码，即网络接入号，中国移动GSM网为134139、159等，中国联通GSM网为130、131、132等。 SN：移动用户号码，采用等长7位（现在采用8位）编号计划。中国移动SN号码结构是H1H2H3ABCD，其中HlH2H3为本地网的HLR号码，ABCD为移动用户码，中国联通SN号码结构是H1H2ABCDE，HlH2是本地网的HLR号码，ABCDE是移动用户码，移动用户码由各HLR自行分配。 MSRN为当移动台漫游到一个新的服务区时由VLR分配

15、的一个临时性的漫游号码。VLR通知该移动台的HLR，用于建立通信路由，当该移动台离开该服务区时，该MSRN被收回，稍后可分配给其它来访的移动台使用。 MSRN的组成与MSISDN类似，即86-13XY-M1M2M3ABCD，其中M1M2M3为MSC的号码，M 1 M 2 与 M S I S D N 中 的 H 1 H 2 相 同 ， 例 如8613900477089。（5）位置区识别码和基站识别色码。 位置区识别码（LAI）在检测位置更新、寻呼和信道切换时用到， LAI组成格式如图所示。LAC：位置区码，用于识别GSM网中的位置区，长度不超过2个字节。 基站识别色码（BSIC）用于移动台识别相同载频的不同基站，特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载频又相邻的基站，BSIC为一个6比特编码，其格式如图所示。BCC：BTS色码，用来识别相同载频的不同的基站。NCC：国家色码，主要用来区分国界各侧的运营商（国内区分不同的省），为XY1Y2，中国移动X1，中国联通 X 0，Y1、Y2的分配如下表。 各种号码使用图示。说明1. 已拨号码（MSISDN）被中继给GMSC，此号码用于接入数据库，是和接入用户HLR相关的号码；2.