浅谈GSM系统构成

1、浅谈GSM系统构成 1GSM简介当今世界，随着日新月异的科技进步，电信管理和运营商们面对着要求越来越高的消费 群体，他们正在追求每时每刻能提供服务的通信设备，无论你在世界的任何角落。为了在国际范围内迎合这种需求，欧洲电信标准协会(European Telecommunication StandardsInstitute ETSI)制定了 GSM(Global System for Mobile Communication )标准。电话基本业务在 GSMI(统中已被充分利用，而且非语音(数据)的应用也已经在GSM系统中开始使用。移动用户可以使用数据业务例如传真、短消息和数据传输。补充的ISDN服

2、务使这些都成为可能。(如：名录数码识别、前向呼叫、话务限量、费用通知和呼叫等待)。 因而，GSM PLMN(统不仅仅简单是一个电话系统，它已是一个完整的通信系统。同时还可以连接到以下网络：公众交换电话网(PSTN- public switched telephone network )综合服务数字网(ISDN integrated services digital network)分组交换数据网(PSDN- packet switched data network )或其他公众陆地移动网(PLMNGSM 系统采用无线蜂窝移动系统( cellular mobile radio system ),

3、整个 PLMN 覆盖区域被分成许多小的无线蜂窝单元，每个蜂窝单元由定向天线或全向天线覆盖，通过无线接口 (Um接口)将不同的MS连接入蜂窝移动通信网， 一个或多个无线收发基站(BTS)可由一个基站控制器(BS。管理。示意图如下:Service CentersOMCMSLOther(SMS centers,(SIM)VMS)MSCBSCOtherMSCBTSMS(SIM)VLRHLRACEIRBTS移动交换中心(MSC管理一个或多个基站控制器(BS。并提供通向其他网络的连接，同时既具有PLMN0络节点的功能又具有 PSTN/ISDN网络节点功能，因而除了 PLMN 移动用户外，无线本地环网移动用

4、户( WLL mobile subscriber )和有线用户(analog and ISDN)可以通过PABX基本接入、独立用户管理或连接在一起。访问地址寄存器(visitor location registerVLR被分配到 MSC设备识别寄存器(EIR)也被分配到一个或多个 PLMN并且同时可被多用户共享。另外一些本身不属于GSM系统的服务中心可以构建在典型的PLMN系统之上，如短消息服务中心(SMS-center)、语音邮件系统(VMS-voice mail system )。2PLMN-GS幅统结构-GSM子系统PLMN-GSM 网由三个子系统构成：无线子系统(radio subsy

5、stem RSS)包括：-基站系统(base station SS)提供在覆盖范围内所有必需的传输和控制功能，包括分散在整个服务区域和基站控制器下所有主要的无线收发机站、基站控制器、及码转换器等网元。-移动用户(mobile station WS )其并不是GSM系统的固有部分，作用是提供所有移动用户的操作功能，实现通信的移动终端。交换子系统(switching subsystem 6SS)提供所有对于特定无线移动用户的交换作用，这相当于GSM网络内部以及和所有固有网络(如PSTN/ISDN )或其他无线网络接口之间所必需的独立操作，提供对于固有系 统的转换指令。同时，这部分还负责进行复杂的数

6、据(用户数据，网络数据)管理， 操作在连接建立和断开时各种不同的信令协议。操作维护子系统( operation and maintenance subsystem QMS )它包括OMC-R和OMC-S两部分，完成对网络运行状态的监控和网络数据的修改的操作功能，提供适应于远端和本地GSM网络操作的所有功能，同时纪录GSM系统运行情况的信息。这包含集成在本地操作维护中心( operation and maintenance center QMC )的处理机、存储器、管理设备或其他的O&M设备(不论固定或移动)。? PLMN-GS源统网络元件组成示意图如上。基站子系统(BSS)网络元件基站子(BS

7、S)系统包含基站控制器 (BSC)和无线收发信基站 (base transceiver stations-BTS)。这里指包括一个智能中心控制(BSC)和若干个低损耗无线收发基站，完成一些通信服务。(如：微型蜂窝-micro cells用于集合城市，大型蜂窝网络用于乡间和偏远地 区)。微型蜂窝单元的优点主要是增大在稠密地区控制呼叫话务的可能性；而大型蜂窝 网络用若干个低损耗的无线收发基站覆盖了较大的区域即话务量低的区域。基站控制器(base station controllers-BSC)基站控制器(BSCs)是构成基站子系统(BSS)的智能部分，负责BSS中最重要的管理和 控制功能。一个或几

8、个 BSCs 被连接到 MSC ( mobile-services switching center), BSCs 被 物理的集成在本地或MSC 位置的中心点，通常一个BSC管理一个或多个BTSs(basetransceiver stations)。基站控制器(BSCs)可分为两个物理单元，BSS管理和控制设备和传输码转换设备(thetranscoding equipment TCU )。BSS管理和控制设备完成无线传输的功能，如无线资源的管理、 无线信道的管理、 本地连接的管理和防护设施。TCU 完成 GSM 标准中规定的 TRAU (transcoding and rate adaptio

9、n unit )的功能， 作用是在一对BSS和MSC信道中调整不同的传输速率。语音和数据信息在无线信道一侧的 16 Kbit/s被调整成转换子系统 SSS中的标准64Kbit/s。虽然TRAU属BSS的一个逻辑部件，但相对于BSC和TRAU之间16Kbs较低的传输速率而言，它通常和 MSC放在一起，这样可以更有效的利用线路的传输能力。无线收发信基站(base transceiver stations -BTS)无线收发信基站(BTSs)分散在整个PLMN区域，BTS的服务范围称为基站服务覆盖 区域，BTS是一种无线收发信基站，它完成天线侧所需的所有功能。支持无线Um接口协议，如GSM系统和移动

10、用户(MS)间的无线信径和信号的合成等。一个 BTS和GSM系 统可以服务所需的一系列无线蜂窝单元，这些单元是GSM网络的最小覆盖服务区域，将所有BTS无线蜂窝单元组合起来就构成了整个GSM系统的服务范围。一般情况下，一个无线收发信基站服务一个无线蜂窝单元。通过在一个BTS侧设置有方向性的天线，一个约定的无线单元被分割成两个或更多的可被系统操作的单元，这样可使网络设计更具灵活性，节省硬件开销。交换子系统(switching subsystemSSS)网络元件包括以下主要部分：-移动服务转接中心( mobile-service switching center- MSC)-访问地址寄存器(vis

11、itor location register-VLR )-本地地址寄存器(home location register- HLR )-鉴权中心(authentication centerAC)-设备识别寄存器(EIR )移动业务交换中心( mobile-service switching center- MSC)MSC在PLMN中处理呼叫控制服务。MSC 转换如下设备间的无线连接：PLMN 和固定网的连接（ PSTN/ISDN ）PLMN 间的连接PLMN 中两个 MSC 间的连接访问地址寄存器（ visitor location register VLR ）VLR 从根本上说是包含在当前服务

12、范围内活动的移动用户信息的数据库。 D900 系统 中， VLR 和 MSC 结合同一个物理节点处，通常用 MSC/VLR 来表示这个物理连接。如果一个移动用户接入 VLR 服务范围，通过认证后，这个信息将被传输到 HLR ，然后HLR 发送移动用户的许可信息到 VLR 。在这个过程中，一旦经由 HLR 通过通道 MSC （ GMSC ）的移动终止呼叫被确认，呼叫将建立 VLR 一个移动用户漫游号码（ mobile subscriber roaming number MSRN ） ，这个 号码用于 GMSC 和 MSC/VLR 的连接建立中。本地地址寄存器（ home location reg

13、ister HLR ）HLR 是与在册移动用户相关的主要数据库，可以被 PLMN 操作员建立、删除、读取。订户控制输入（ SCI ）也允许移动用户设定远地订户数据，完成追加服务。这里数据包含移动用户当前所在的 VLR 服务区域的相关信息。这种信息在呼叫建立时被 MTC 所用。鉴权中心（ authentication center AC ）AC 是储存用户认证号码或用于生成认证号码的参数及算法的安全设备。当某订户连接到 PLMN 系统中前，必需在 AC 中生成一系列相对应的认证参数。这些认证参数将用于连接入网或呼叫建立时在VLR 的身份认证。设备识别寄存器（equipment identity

14、register-EIR ）EIR 是纪录设备型号、 特性及在服务范围内所有移动无线设备信息的数据库。 EIR 用于 设备的身份证识，并被分配到相关的网络区域。在MSC 的要求下， EIR 用来验证某移动设备（ ME ）的许可证明。 MSC 禁止未经许可的 ME 。操作维护子系统（operation and maintenance subsystem QMS）的网络元 件OMS 符合通信管理网的结构标准，其网络元件由 OMC （ operation and maintenance center）生成。 操作维护中心（ OMC ） 包括为BSS、SSS及O&M 终端（经由局域网与 OMP相连）服

15、务的O&M处理机（OMP）。 如果需要，服务器处理基站将用于完成客户-服务器局域网的功能。为BSS和SSS服务的O&M 处理机（OMP）OMP 是一组商业计算机。除了其本身的 O&M 功能（ BSS 和 SSS 网络元件的中心 管理）外，它还负责经由 PSDN （ packet switched data network ）的 BSS 和 SSS 各 网络元件间的通信。特别的， OMP 通过我们我熟知的中介功能（ mediation functions-MF ）,提供SSS中特定网络元件与操作系统（operation system- OS,如：SIM 卡的个人中心-PCS 或数据公布处理系统-

16、DPPS ）间的连接。 OMP 还可以为一定的冗余效果而被复制。O&M 终端（ OMT ）OMT 是具所有权的工作站或可选择的 X 终端。提供操作员和OMP 之间的人机接口 , 同时也就提供了 BSS 和 SSS 各网络元件间的接口。这种接口具有图形用户接口和字母数字MML 的功能。便携式计算机可以在本地维护终端处接入 BSS 网络元件。局域网路由器局域网路由器允许远端可操作的备用计算机和另外OMP通过局域网的连接。局域网路由器可以在这时减轻 OMP的计算负荷。PLMN各网络元件间的连接MSC的外部接口功能使 PLMN和其他网络可以共处。MSC可以安排在既定网络 的一个转换节点或其他合适的地方

17、。这里一个MSC通过一个转换节点连接到另一网络被称为关口局 MSC （GMSC）。PLMN系统使用三种不同的逻辑链路：话音业务连接、普通信道信令连接（CCS7）和O&M连接。话音业务连接用于用户信息（语音、数据、文本）的连接和 BSC与BTS之间、 BTS与MS之间消息的交换。CCS7传输链路的消息交换，用于 PSTN/ISDN 内部、PSTN/ISDN和MSC/VLR 之间、多个 MSC/VLR 之间、MSC/VLR 和HLR/AC 和曰R 之间、MSC/VLR 和BSC 之间。CCS7的信令功能可分为几个部分：消息传送部分（ MTP ）、信令连接控制部分 （SCCP）、用户部分（UP）和应

18、用部分（AP）。MTP的三层结构可以提供用户的独立功能：层1 :信令连接的物理功能层2:信令连接的防护设施功能层3:信令网的转换功能SCCP提供空闲话务信道信令的选路功能。UP/AP为特别用户（ISUP、TUP、MAP和BSSAP）提供4层以上的用户特殊 功能。来自OMS或更高等级操作系统的 OMC的O&M 连接将通过 X.25接口的PSDN 将BSS和SSS连接起来。综述GSM标准并未对操作和维护子系统（ OMS ）的接口做任何规定。 OMC和BSS、SSS网络元件间外部接口应适合于通信管理网（TMN ）的结构。国际漫游要求不同网络间控制信息的可交换。BSC、BTS与MS间的CCS7信令和控

19、制信道（CCH ）应允许这些信息的传输。 3系统功能-GSM（统功能分为：.PLMN子系统功能.IN 子系统功能.网络功能PLMNK统功能BSS功能以下按照BSS网络单元（BSC BTSS各自的功能描述 BSS的功能：BSC和BTS的功能：呼叫处理功能- 无线信道管理包括无线信道的类型，无线信道的分配和无线信道的配置。（1）话务信道（TCH管理：所有已配置 TCH被BSS独自处理。（2）控制信道（CCH管理：同样被 BSS单独处理。（3）无线信道分配：若需要一个话务信道，则BSC的无线信道管理功能则分配一个信道。（4）无线信道配置：有效的信道配置从OMC程装载。这些配置控制着无线信道的应用和话

20、务信道及控制信道的时隙（TS） 。-A接口处的信道管理在BSS和SSS之间的A接口中的“ Terrestrial”信道由MSC配并且为了一个特定的呼叫连接一个TCH。- 传码和数据速率适配针对语音的传码和针对数据的速率适配功能提供固定网中的 64KB/S 传输标准速 率和无线中较低速率的接口。- 信道编码和插入信息（除了 RACH（随机接入彳t道）和 SCH （同步信道）在无线信道中传输为了 防止错误，需要进行编码和插入。-加密加密功能保证信号和消息在MS和BTS中的无线链路中传输时的隐私保护。-频率跳频FH管理此功能允许无线链路从一个频带到另一个的动态转换，从而使每个逻辑信道改变其物理信道传

21、输频率及从TDM仲的一帧到另一帧。- 空间分集通过空间分集两个分离的物理接收天线可以安装在BTS 并且通过分集耦合连接到BTS,通过此可以提高传输质量。- 无线链路管理是指无线测量数据。 包括， 上行链路传输质量的测量， 下行数据的预处理, 均衡 ,移交初始化或者传输电源控制。另外，MS的距离时延也由此功能独立控制。- 切换功能此功能使MS从一个CELL移动到另一个CELL时保持现存通话状态。如果切换由 BSC控制则叫内部控制；如果切换由MSC$制则叫外部控制。- 呼叫控制和移动管理此功能支持 MS MS间的通信。信号数据对于 BSS来说是最大程度的透明的。 BSCe保消息正确的按照确定路径传

22、送。SSS的功能：以下按照SSS网络单元（MSC VLR HLR AQ各自的功能分别描述 BSS的功能： MSC勺功能：MSC是一个存储程序控制的数字交换，它是PLMM的交换机：. 作为与别的网络的关口. 与PLMN中的其他MSC1接. 在PLMN的服务区域连接 SSS中的网络单元和 BSS中的网络单元MSC具有一般固定网交换机的功能，也有一些由移动业务所特定的固定网交换机所不必要的功能 . 其基本功能如下 :- 通路选择 .- 话务和信号连接的建立- 连接管理- 话务统计- 过载处理-支持电信业务-合法的截机特殊的功能： -基本功能在plmM的扩展.-移动管理：询问，呼叫，移交，位置更新.-

23、资源管理.- 接入 PLMN的数据库.(VLR,HLR,EIR)-特殊的安全功能.- 针对BSS根据优先级对排队操作的管理- 针对GS撇据服务的交互功能.VLR的功能：VLR登记着处于它的服务区域的所有移动用户，只要一个移动用户存在,VLR就包含着这个移动用户呼叫处理所必需的所有参数.呼叫处理功能，包括寻址和身份识别.呼叫建立.位置登记，包括位置更新，位置取消.认证.标志信息按路径传送.数据库.管理软件，包括参数管理，更新移动用户数据，话务统计.处理增值业务.维护功能.HLR的功能：HLR是移动用户的主要数据库.通过提供必要的数据支持着当前的VLR,并且VL就顺序使它们的地址有效.比如,HLR

24、通过向GMSC(MSC口 )发送选路信息来支持移动终端呼叫MTC.呼叫处理功能，包括寻址和身份识别. 呼叫建立.HLR参与一个 MTC勺建立：当一个 MTC1立后，GMSC!要HLR从当 前的VLR中检索这个移动用户的MSRN动用户漫游号码).位置登记，包括位置更新，VLR更新，位置取消.路由信令消息.信令消息和数据交换在 HLR-VLR-GMSC或者MSd间传输.HLR存储着VLR ISDN号码来彳这个 VLR的路由信令消息；HLR用提出需求的 GMSC/MS幽 址作为这个 GMSC/MS的路由信令消息.数据库.管理软件，包括数据库管理，HLR身份管理，移动用户数据管理，话务统计.处理增值业

25、务.维护功能.AC的功能：AC管理着与安全有关的功能，比如：对秘密私人移动用户认证密码的管理；在安全箱中存储着PLMNK作员的牛I定算法.呼叫处理功能.数据库.管理软件.维护功能，包括对硬件和软件的管理，重新配置，报警，测试.EIR的功能：EIR 检查是否一个移动设备ID(IMEI) 符合 IMEI 数据库并且是否被授权 ( 白名单 ,WHITELIST), 是否被监督(灰名单 ,GRAY LIST), 是否被禁止(黑名单 ,BLACK LIST).呼叫处理功能.MSC需要一个IMEI检查，呼叫处理功能在IMEI数据库中搜寻数据并返回一个讯息.MSC根据回复采取进一步的措施 . 数据库 . TOC o 1-5 h z .管理软件, 包括参数管理和话务统计.维护功能.OMS勺功能.O&M 功能应用于SSS,BSS和OMS!身的网络单元.OMS也为与符合