GSM-移动通信系统

1、第七章 GSM 移动通信系统 GSM系统概述发展历史网络结构与接口区域、号码、地址与识别 GSM系统的业务 GSM系统的无线接口GSM系统的控制与管理通用分组无线业务（GPRS） 17.1 概述 模拟系统的四大缺点： 各个模拟蜂窝系统间差异较大、互不兼容，没有公共接口，用户无法在不同系统之间实现漫游； 很难开展数据承载业务； 频谱利用率低无法适应大容量的需求；安全保密性差，易被窃听。1 GSM系统发展历史21982年北欧国家为了方便全欧洲统一使用移动电话，向CEPT（欧洲邮电行政大会）提交了一份建议书，要求制定900MHz频段的公共欧洲电信业务规范。在这次大会上就成立了一个在欧洲电信标准学会（

2、ETSI）技术委员会下的“移动特别小组”（Group Special Mobile，简称“GSM”），来制定有关的标准和建议书。 7.1 概述 1 GSM系统发展历史31987年5月GSM成员国就数字系统采用的主要技术达成一致：多址方式：窄带时分多址TDMA；语音编码技术：规则脉冲激励线性预测RPE一LTP语音编码；调制方式：高斯滤波最小移频键控GMSK调制方式1991年在欧洲开通了第一个系统，将GSM更名为“全球移动通信系统”（Globa1 system for Mobile communications）7.1 概述 1 GSM系统发展历史4移动特别小组还完成了制定1800MHz频段的公共

3、欧洲电信业务的规范，名为DCS1800系统。DCS1800系统与GSM900系统功能相同，主要区别是采用的频段不同。GSM标准共有12项内容，未对硬件作出规定，只对功能、接口等进行详细规定，以便不同公司的产品可以互连互通。1993年我国开通了第一个数字蜂窝移动通信网。7.1 概述 1 GSM系统发展历史5 GSM系统组成MS：移动台; BSS: 基站子系统NSS: 网络子系统7.1 概述 2 GSM系统网络结构与接口-（1）网络结构6 GSM系统结构7.1 概述 2 GSM系统网络结构与接口-（1）网络结构7子系统子单元功能MSSMS（移动台）包括ME (移动设备)和SIM (用户识别模块)B

4、SSBTS（基站）为一个小区服务的无线收发信设备BSC（基站控制器）对一个或多个BTS进行控制以及相应呼叫控制NSSMSC（移动业务交换中心）对于位于它管辖区域中的移动台进行控制、交换VLR（访问位置寄存器）存储来访用户与呼叫处理有关的一些数据HLR（归属位置寄存器）存储该HLR辖区的移动用户的有关数据与目前所处位置的信息，包括移动用户号码、访问能力、用户类别、补充业务、漫游信息等EIR（设备识别寄存器）对移动设备的识别、监视、闭锁存储有关移动台设备参数的数据库AUC（鉴权中心）认证移动用户的身份和产生相应鉴权参数OMC（操作维护中心）操作维护系统中的各功能实体GSM系统可通过MSC实现与多种

5、网络的互通，包括PSTN、ISDN、PLMN和PSPDN 7.1 概述 2 GSM系统网络结构与接口-（1）网络结构 GSM系统子单元及其功能87.1 概述 2 GSM系统网络结构与接口-（2）网络接口 GSM系统网络接口9分类接口名称定义主要接口A接口NSS与BSS之间的通信接口，即MSC与BSC之间的互连接口Abis接口BSC与基站收发信机（BTS）之间的通信接口Um接口即空中接口，MS与BTS之间的无限通信接口，最重要、最复杂NSS内部接口B接口MSC与访问位置寄存器（VLR）之间的接口C接口MSC与原籍位置寄存器（HLR）之间的接口D接口VLR与HLR之间的接口E接口相邻区域的不同移动

6、交换中心之间的接口F接口MSC与移动设备识别寄存器（EIR）之间的接口G接口两个VLR 之间的接口GSM与其它公用电信网接口，通过MSC与公用电信网互联，一般采用7号信令系统7.1 概述 2 GSM系统网络结构与接口- （2）网络接口 GSM系统网络接口名称与定义10采用独立网号方式来组网 “中国移动” GSM网络接入号为“139”， “中国联通” GSM网络接入号为“130”。全国GSM移动电话网按大区设立一级汇接中心、省内设立二级汇接中心、移动业务本地网设立端局构成三级网络结构。三级网络结构组成了一个完全独立的数字移动通信网络。7.1 概述 2 GSM系统网络结构与接口- （3）我国网络结

7、构11GSM数字移动通信网与PSTN网相重叠。公用电话网有它的国际出口局，而GSM数字移动通信网却无国际出口局，国际间的通信仍然还需借助于公用电话网的国际局。在“中国联通”GSM移动交换局所在地，联通网和主网(移动GSM移动通信网和电信PSTN网)之间各设一个网间接口局，联通网和主网经过网间接口局连通。 7.1 概述 2 GSM系统网络结构与接口- （3）我国网络结构12省内GSM移动通信网的网络结构 省内设若干个移动业务汇接中心(即二级汇接中心)。二级汇接中心可以是单独设置的汇接中心(即不带客户，只作汇接)，也可兼作移动端局(与基站相连，可带客户)。省内GSM移动通信网中一般设置二三个移动汇

8、接局较为适宜，最多不超过四个，每个移动端局至少应与省内两个二级汇接中心相连。7.1 概述 2 GSM系统网络结构与接口- （3）我国网络结构13 移动业务本地网的网络结构 全国可划分为若干个移动业务本地网，每个移动业务本地网中应设立一个HLR和一个或若干个移动业务交换中心(MSC)， 还可以几个移动业务本地网共用一个MSC。 信令网络结构 在建网初期，由于国内的No.7信令网不适宜传输MAP（移动应用部分）消息，作为过渡，先建立移动专用No.7信令网。7.1 概述 2 GSM系统网络结构与接口- （3）我国网络结构14目前中国的GSM组网方式遵循以下原则。省内话务和信令转接走低级话务汇接局（B

9、1、B2）和省内低级信令汇接局（L1、L2）。省际话务和信令转接走高级话务汇接局（A1、A2）和省内高级信令汇接局（H1、H2）。国际话务和信令转接走国际局中转（目前国内的国际局设置在北京、上海和广州三个城市）7.1 概述 2 GSM系统网络结构与接口- （3）我国网络结构15本地端局兼关口局（MSC1、MSC2、MSC3（纯端局）、MSC4）完成本地话务及信令交换本地HLR（ZZH01、ZZH02）存储本地用户数据省级低级话务汇接局（CSB1、CSB2） 完成本省话务交换省级高级话务汇接局（CSA1、CSA2） 完成省内交换机同省外交换机话务交换省级低级信令汇接局（CSL1、CSL2） 完成

10、株洲交换机和本省的信令接续省级高级信令汇接局（CSH1、CSH2） 完成本省交换机和省外交换机的信令接续。7.1 概述 2 GSM系统网络结构与接口- （3）我国网络结构-株洲16衡阳MSC1-4永洲MSC1-2娄底MSC1-2邵阳MSC1-3益阳MSC1-2常德MSC1-4岳阳MSC1-4怀化MSC1-4吉首MSC1长沙MSC1-9株洲MSC1-4湘潭MSC1-2郴洲MSC1-3张家界MSC1CSA1、A2CSB1、B2中国移动长途话务汇接网7.1 概述 2 GSM系统网络结构与接口- （3）我国网络结构湖南省交换网网络拓扑-话务网17衡阳MSC、HLR及SMSC永洲MSC、HLR娄底MSC

11、HLR邵阳MSC、HLR及SMSC益阳MSC、HLR常德MSC、HLR岳阳MSC、HLR怀化MSC HLR吉首MSC HLR长沙MSC1-9HLR1-4株洲MSC1-4HLR1、2湘潭MSC及HLR郴洲MSCHLR张家界MSCHLRCSH STP1/2CSL STP1/2中国移动长途7号信令网长沙SCP、SSP及SMSCCSA1、A2CSB1、B27.1 概述 2 GSM系统网络结构与接口- （3）我国网络结构湖南省交换网网络拓扑-信令网18服务区PLMNPLMNMSCMSC位置区位置区基站基站扇区扇区PLMN：Public Land Mobile Network 公用陆地移动通信网7.1 概

12、述 3 GSM的区域、号码、地址与识别- （1）区域定义 区域定义19名称定义GSM服务区向移动台提供服务的区域，可由一个或多个PLMN组成；地域上可以是一个国家或一个国家的一部分，也可以是若干个国家PLMN一个公用陆地移动通信网（PLMN）可以由一个或若干个MSC组成，PLMN与各种固定网络之间的接口是MSCMSC区一个移动交换中心所控制的区域，连接一个或若干个基站控制器，地理上包含多个位置区。位置区通常由若干个小区组成，移动台在位置区内无需进行位置更新；呼叫发起时，向一个位置区内的所有基站同时发起。基站区即小区，基站的有效覆盖范围扇区基站采用定向天线时，定向天线在一定角度的覆盖范围7.1

13、概述 3 GSM的区域、号码、地址与识别- （1）区域定义 区域定义20MCC(3位) MNC(1或2位) MSIN |-国际移动客户识别 -| |-国内移动客户识别 -| 7.1 概述 3 GSM的区域、号码、地址与识别- （2）号码识别MCC: 移动国家号码，由3位数字组成，我国为460。MNC: 移动网号，由2位数字组成，移动GSM PLMN网 为00，联通GSM PLMN网为0l。MSIN: 移动用户识别码，由等长10位数字构成，用于识 别某一PLMN中的移动用户。 国际移动用户识别码(IMSI) GSM移动通信网给移动客户分配一个特定的识别码。存储在客户识别模块(SIM)、HLR、V

14、LR中。21临时移动客户识别码(TMSI) 为了对IMSI保密，MSCVLR可给来访移动客户分配一个唯一的TMSI号码，仅限在本MSC业务区内使用。 国际移动台设备识别码(IMEI) 唯一地识别一个移动台设备的编码，为一个15位的十进制数数字，其结构是： TAC(6位数字) FAC(2位数字) SNR(6位数字) SP (l位数字) TAC: 型号批准码; FAC: 工厂装配码，表示生产厂家及其装配地。 SNR: 序号码， SP: 备用，备作将来使用。 7.1 概述 3 GSM的区域、号码、地址与识别- （2）号码识别227.1 概述 3 GSM的区域、号码、地址与识别- （2）号码识别 CC

15、 NDC SN |-国际移动客户ISDN号码 -| |- 国内有效移动客户ISDN号码 -|CC： 国家码。我国为86。 NDC：国内目的地码，包括网络接入号（移动139，联 通130）和4位HLR识别码（移动业务本地网号）。 SN： 客户号码，采用等长4位编号计划。移动台号码（手机号码） 移动台国际ISDN号码(MSISDN) 主叫客户为呼叫数字公用陆地蜂窝移动通信网中客户所需拨的号码。号码的结构为：237.1 概述 3 GSM的区域、号码、地址与识别- （2）号码识别移动客户漫游号码(MSRN)结构是： CC NDC SN |-国际移动客户ISDN号 -| |-国内有效移动客户ISDN号码

16、-|移动客户漫游号码(MSRN) (与MSISDN结构相同） 当移动台漫游到一个新的服务区时，由VLR给其分配一个临时性的漫游号码，并通知该移动台的HLR，用于建立通信路由。移动台号码（手机号码）247.1 概述 3 GSM的区域、号码、地址与识别- （2）号码识别位置区识别码(LAI) 位置区识别码用于移动客户的位置更新，其号码结构是： 3位数字 2位数字 最大16bit MCC MNC LAC |-LAI-| MCC：移动客户国家码，同IMSI中的前三位数字。 MNC：移动网号，同IMSI中的MNC。 LAC： 位置区号码，为一个2字节BCD编码，在一个 GSM PLMN网中可定义6553

17、6个不同的位置区。257.1 概述 3 GSM的区域、号码、地址与识别- （2）号码识别全球小区识别码(CGI) CGI是用来识别一个位置区内的小区，它是在位置区识别码 (LAI)后加上一个小区识别码(CI)，其结构是： 3位数字 2位数字 最大16bit 最大16bit MCC MNC LAC CI |-LAI-| |-CGI-|CI是一个2字节BCD编码，由各MSC自定267.1 概述 3 GSM的区域、号码、地址与识别- （2）号码识别基站识别码(BSIC) BSIC主要用于识别相邻国家的具有相同载频的相邻基站，为6bit编码，其结构是： NCC（ 3bit ）BCC （ 3bit ）

18、|-BSIC-|NCC: PLMN色码(国家色码)，为XY1Y2，主要用来区分国界各侧的运营者(国内区别不同的省)。 X：运营者(移动X1，联通0)。BCC：BTS色码，用来识别相同载频的不同的基站277.1 概述 BCC: 基站色码，识别基站。由运营设定3 GSM的区域、号码、地址与识别- （2）号码识别基站识别码(BSIC) Y2Y1010吉林、甘肃、西藏、广西、福建、湖北、北京、江苏 黑龙江、辽宁、宁夏、四川、海南、江西、天津、山西、山东1新疆、广东、河北、安徽、上海、贵州、陕西内蒙古、青海、云南、河南、浙江、湖南28 GSM业务就是GSM系统为了满足一个特定用户的通信要求而向用户提供的

19、服务分类业务基本业务附加业务电信业务承载业务图 GSM系统业务分类 7.1 概述 4 GSM的业务-（1）基本业务-分类29基本业务分类功能电信业务（ Teleservices）又称用户终端业务 为用户通信提供包括终端设备功能在内的完整能力承载业务（Bearer Services）提供用户接入点（也称“用户/网络”接口 ）间信号传输的能力电信业务终端设备数字蜂窝PLMN传输网终端网终端设备承载业务图 GSM支持的基本业务 7.1 概述 4 GSM的业务-（1）基本业务-分类307.1 概述 4 GSM的业务- （1）基本业务-电信业务31计费提示 AOC交替线业务 (ALS)-个人或商业 来话

20、限制-BAIC当漫游在HPLMN（归属PLMN）之外时，限制所有来话 在国外时限制来话 呼出限制-BOC限制所有打出去的国际电话-BOIC限制所有打出去的国际电话，除了打到HPLMN国家的电话 附加业务是基本电信业务的增强或补充。7.1 概述 4 GSM的业务-（2）补充业务（附加业务）32遇忙呼叫前转-CFB无应答呼叫前转-CFNA无条件呼叫前转-CFU呼叫保持 呼叫等待-CW主叫线识别显示-CLIP主叫线识别限 制-永久或预呼-CLIR中央交换业务 会议呼叫-CONF运营者确定的呼叫限制(ODB)7.1 概述 4 GSM的业务-（2）补充业务（附加业务）33GSM工作频段欧洲：收发频率间隔

21、为45MHz 上行: 890915MHz（移动台发、基站收） 下行: 935960MHz（基站发、移动台收）载频间隔：0.2MHz系统载频数: (915-890)/0.2-1=124(对)；n=1124. 上频段第n个信道的载频(中心频)：fl(n)=(890+0.2n)MHz 下频段：fh(n)=(935+0.2n)MHz；每个载频有8个时隙，系统共有物理信道1248=992(个)7.2 GSM的无线接口 1 GSM系统无线传输特征34GSM工作频段中国：收发频率间隔为45MHz 上行：905915（移动台发、基站收） 下行：950960（基站发、移动台收）载频间隔：0.2MHz；载频数：(

22、915-905)/0.2-1=49(对)； 上频段: fl(n)=(905+0.2n)MHz； 下频段: fh(n)=fl(n)45MHz；每个载频有8个时隙，系统共有物理信道498=392(个)随着业务的发展，可向1.8GHz频段的DCS 1800过渡： 上行：17101785MHz（移动台发、基站收） 下行：18051880MHz（基站发、移动台收）7.2 GSM的无线接口 1 GSM系统无线传输特征35TDMA逻辑信道概念 逻辑信道是指承载某种业务、具有某种逻辑功能的信道。物理信道上传输的信息按逻辑功能可分为业务信息和控制信息；因此为传输具有不同逻辑功能的信息，在物理信道上要安排相应的逻

23、辑信道；逻辑信道要映射到物理信道上传送。 物理信道: 一个时隙(TS) 信道 控制信道（CCH） 逻辑信道 业务信道 (TCH)2 GSM系统信道类型7.2 GSM的无线接口 367.2 GSM的无线接口 2 GSM系统信道类型 GSM逻辑信道分类 37业务信道（TCH）：用于传送编码后的语音或数据，以及少量的随路控制信令 。 语音业务信道 业务信道 数据业务信道 根据交换方式的不同分为电路交换信道和数据交换信道依据传输速率的不同分为半速率信道（ 6.5kbit/s ）、全速率信道（13kbit/s）与增强全速率信道（它的速率与全速率信道的速率一样为13kbit/s，只是其压缩编码方案更为优越

24、，所以有较好的话质）7.2 GSM的无线接口 2 GSM系统信道类型 GSM逻辑信道分类 387.2 GSM的无线接口 控制信道(CCH)：用于传送信令或同步数据。根据所需完成的功能又把控制信道分为广播、公共及专用三种控制信道。广播信道(BCH)：是“一点对多点”的单向控制信道，用于基站向移动台广播公用的信息；2 GSM系统信道类型 GSM逻辑信道分类 广播信道的分类功能频率校正信道（FCCH）传送频率校正信息同步信道（SCH）传送帧同步（TDMA帧号）信息和BTS识别码（BSIC）信息广播控制信道（BCCH）向每个BTS广播通用的信息39控制信道(CCH)：公用控制信道(CCCH)：是一种双

25、向控制信道，用于呼叫接续阶段传输链路连接所需要的控制信令。又分为寻呼信道(PCH)、随机接入信道(RACH)和准许接入信道(AGCH);专用控制信道(DCCH)：实施“点对点”的双向控制信道。用于呼叫接续阶段及通信进行当中，在移动台与基站之间传输必要的控制信息。又分为独立专用控制信道(SDCCH)、慢速辅助控制信道(SACCH)和快速辅助控制信道(FACCH)。7.2 GSM的无线接口 2 GSM系统信道类型 GSM逻辑信道分类 40公用控制信道(CCCH)分类功能上/下行信道寻呼信道（PCH）广播基站寻呼移动台的寻呼消息下行信道随机接入信道（RACH）MS随机接入网络时用此信道向基站发送信息

26、并申请指配一独立专用控制信道SDCCH上行信道允许接入信道（AGCH）基站向随机接入成功的移动台发送指配了的独立专用控制信道SDCCH下行信道专用控制信道(DCCH)分类功能独立专用控制信道（SDCCH） 传送基站和移动台间的指令与信道指配信息随路信道（ACCH）慢速随路信道（SACCH）基站向移动台传送功率控制信息、帧调整信息；基站接收移动台发来的移动台接收信号强度报告和链路质量报告与SDCCH或者业务信道公用在一个物理信道上传送信令消息快速随路信道（FACCH）传送基站与移动台间的越区切换的信令消息7.2 GSM的无线接口 2 GSM系统信道类型 GSM逻辑信道分类：控制信道(CCH)：

27、41五个层次：时隙、TDMA帧、复帧、超帧和超高帧 时隙是物理信道的基本单元TDMA帧由8个时隙组成，是占据载频带宽的基本单元，即每个载频有8个时隙。复帧有两种类型由26个TDMA帧组成的复帧。用于TCH、SACCH和FACCH由51个TDMA帧组成的复帧。用于BCCH和CCCH超帧是由51个26帧的复帧或26个51帧的复帧构成超高帧等于2048个超帧超高帧的周期与加密和跳频有关；每经过一个超高帧周期，循环长度为，相当于3小时28分53秒760毫秒，系统将重新启动密码和跳频算法。7.2 GSM的无线接口 3 GSM系统帧结构42图 GSM中语音处理的一般过程 7.2 GSM的无线接口 6 语音

28、和信道编码(1) 概述GSM系统语音处理的一般过程437.3 GSM系统的控制与管理位置管理呼叫接续越区切换与漫游安全措施计费44位置登记 位置登记又称注册，是通信网为了跟踪移动台的位置变化，对其位置信息进行登记、删除和更新的过程。位置信息存储在HLR和VLR中。目的 使移动台与网络保持联系，以便移动台在网络覆盖范围内的任何地方都能接入到网络内。7.3 GSM系统的控制与管理1 位置管理（1）概述 45位置登记过程移动用户首次入网时，必须通过MSC在相应的位置寄存器中登记注册，将相关的参数（如移动用户识别码IMSI、移动台编号及业务类型等）全部存放在该位置寄存器中，该位置寄存器称为原籍位置寄存

29、器（HLR）。当移动台远离原籍地区（归属地区）进入其它地区（访问地区）时，访问地区的位置寄存器（VLR）需对来访移动台进行位置登记，并向该移动台的HLR查询有关参数。HLR临时保存VLR提供的位置信息，以便为其它用户呼叫该移动台时提供路由信息。移动台离开该访问地区时，VLR所存储的该移动台的位置信息即被删除。7.3 GSM系统的控制与管理1 位置管理（2）位置登记46位置更新过程-更新请求移动台开机后，搜索并提取BCCH播送的位置区标志；所提取的位置区标志与上次通信所用的位置区标志进行比较，若相同则不需要位置更新；若不同，则说明移动台进入新的位置区，需要进行位置更新，移动台通过新位置区的基站向

30、该区的MSC发出位置更新请求；7.3 GSM系统的控制与管理1 位置管理（3）位置更新 47位置更新过程实施更新VLR收到MSC“更新位置登记”指令后，将该移动台注册到VLR，并根据移动用户识别码IMSI直接判断出该移动台的HLR；VLR给该MS分配漫游号码（MSRN），并向该移动台的HLR查询该移动台的有关参数；查询成功后，通过MSC和BS向该MS发送“更新位置登记”的确认信息；HLR修改该MS原移动参数，临时保存VLR提供的位置信息；即HLR与VLR交换数据得到移动用户的新位置信息；若位置更新过程中涉及多个VLR，HLR还需通知移动台所属的旧的VLR删除用户有关信息。7.3 GSM系统的控

31、制与管理1 位置管理（3）位置更新 48IMSI分离与附着IMSI分离：移动台转入非激活状态（关机）时，需在有关的VLR和HLR中设置特定标志，使网络拒绝呼叫该用户，以免无效寻呼信号占用信道，称之为IMSI分离；IMSI附着：移动台转入激活状态时，取消上述分离标志，恢复正常工作，称之为IMSI附着。7.3 GSM系统的控制与管理1 位置管理（4）周期性位置登记 49周期性位置登记无线链路的质量较差时，可能使系统误判MS发送的“IMSI分离/附着”消息；为解决误判问题，系统采取周期性登记方式，要求MS每隔一段时间登记一次，若未接收到MS周期性登记信息，则判定为“分离”；网络通过BCCH通知MS其

32、周期性登记的时间周期；MS收到周期性登记程序中的证实消息时，才停止发送登记消息。 7.3 GSM系统的控制与管理1 位置管理（4）周期性位置登记 50过程7.3 GSM系统的控制与管理1 位置管理（5）位置登记与更新过程 51IMSI鉴权登记网络识别MSC用户的临时位置信息 用户基本信息当前位置信息MSC/VLR IMSIVLRHLRONplayOFFONOFFplay位置更新请求附着入网注： IMSI国际移动用户识别码playMSC/VLR 分离处理请求离网分离7.3 GSM系统的控制与管理1 位置管理（5）位置登记与更新过程过程52建立或释放控制信道和业务信道设备和用户的识别无线链路、地面

33、链路的交换和连接建立点到点的通信链路各种位置寄存器中移动台位置信息的登记、修改或删除越区转接正在通话7.3 GSM系统的控制与管理2 呼叫接续（1）概述呼叫接续过程移动性管理过程（越区、漫游时）53以固定网PSTN呼叫移动用户为例固定网的用户拨打移动用户的电话号码MSISDN；PSTN交换机分析MSISDN号码；GMSC分析MSISDN号码；HLR分析由GMSC发来的信息；HLR查询当前为被叫移动用户服务的MSC/VLR；由正在服务于被叫用户的MSC/VLR得到呼叫的路由信息；MSC/VLR将呼叫的路由信息传送给HLR；GMSC接收包含MSRN的路由信息7.3 GSM系统的控制与管理2 呼叫接

34、续（2）移动台被叫54CC为国家代码，我国为86国内有效ISDN号码：11位NDC数字蜂窝移动业务接入号13x；HLR识别号：H0 H1 H2 H3。H0=0时，H1、H2由全国统一分配，H3 由各省自行分配。一个HLR可以包含一个或多个H3数值；H0 0时，x、H0、H1、H2由全国统一分配。一个HLR可包含一个或若干个xH0H1H2数值 ；SN（移动用户号）：ABCD。由各HLR自行分配。CCNDCSN国际移动用户ISDN号码国内有效ISDN号码HLRN1 N2 N3H0 H1 H2 H3ABCD867.3 GSM系统的控制与管理2 呼叫接续（2）移动台被叫移动用户电话号码MSISDN的含

35、义55PSTN交换机分析MSISDN号码 PSTN分析NDC，将接续转接到相应移动网的关口移动交换中心（GMSC ）GMSC分析MSISDN号码GMSC分析MSISDN号码得到被叫用户所在的归属寄存器HLR的地址GMSC发送一个携带MSISDN的消息给HLR，以得 到用户呼叫的路由信息MSISDN号码的分析7.3 GSM系统的控制与管理2 呼叫接续（2）移动台被叫56HLR根据GMSC发来的消息，在其数据库中找到用户的位置信息，即被叫用户是在哪一个VLR区登记的HLR的内容MSISDN ；国际移动用户识别IMSI ：移动用户的唯一识别号码（15位数字组成）。此处不使用MSISDN号码的原因：不

36、同国家的MSISDN号码长度不同，不同部分易混淆；不同IMSI号码可以识别不同业务VLR的地址用户的数据 7.3 GSM系统的控制与管理2 呼叫接续（2）移动台被叫HLR分析GMSC发来的消息57HLR查询为正在服务于被叫用户的MSC/VLR 在VLR中得到被叫用户的状态信息以及呼叫建立的路由信息由正在服务于被叫用户的MSC/VLR得到呼叫的路由信息 正在服务于被呼用户的MSC/VLR产生一个MS漫游号码MSRN，MSRN通过给出正在为被叫用户服务的MSC/VLR号码来应答HLR所请求的路由信息。MSRN结构：13x 00 M1M2M3 ABC。（M1M2M3为MSC/VLR号码）结构2： 1

37、354 S M0M1M2 ABC。（S M0M1M2为MSC/VLR号码） MSC/VLR将路由信息传送给HLR，GMSC接收路由信息 在此传送过程HLR对路由信息不做任何处理，而是直接将其传送给GMSC。7.3 GSM系统的控制与管理2 呼叫接续（2）移动台被叫路由信息的查找、传送及接收58GMSC和MSC/VLR的连接GMSC接收包含MSRN的路由信息，并分析MSRN，得到被叫的路由信息；向服务于被叫用户的MSC/VLR发送携有MSRN的呼叫建立请求消息；服务于被叫用户的MSC/VLR接到此消息，通过检查VLR识别出被叫号码，找到被叫用户 7.3 GSM系统的控制与管理2 呼叫接续（3）连

38、接被叫用户59MSC/VLR定位被叫用户划分位置区LA (Location Area) 将MSC/VLR的业务区域划分成若干较小的区域，并由MSC和VLR管理，以减小搜索被叫用户的工作量VLR的内容：IMSI、LAC（位置区代码）、MSRN、用户数据7.3 GSM系统的控制与管理2 呼叫接续（3）连接被叫用户60 当网络知道了被叫用户所在的位置区后，便在此位置区内启动一个寻呼过程将寻呼消息经基站通过寻呼信道PCH发送出去位置区内某小区PCH上空闲的移动用户接到寻呼信息，识别出IMSI码，便发出寻呼响应消息给网络。网络接到寻呼响应后，为用户分配一业务信道，建立主叫和被叫的连接，完成一次呼叫建立7

39、.3 GSM系统的控制与管理2 呼叫接续（4）寻呼过程61移动用户通过随机接入信道（RACH）向系统发送接入请求消息；MSC/VLR分配给用户一专用信道，查看主叫用户的类别并标记此主叫用户示忙；若系统允许该主叫用户接入网络，则MSC/VLR发证实接入请求消息主叫用户发起呼叫；如果被叫用户是固定用户，则系统直接将被叫用户号码经固定网（PSTN）路由至目的地；如果被叫号是同网中的其他移动台，则MSC以类似从固定网发起呼叫处理方式，进行HLR的请求过程，转接被叫用户的移动交换机；一旦接通被叫用户的链路准备好，网络便向主叫用户发出呼叫建立证实，并给它分配专用业务信道TCH；主叫用户等候被叫用户响应证实

40、信号，这时完成移动用户主叫的过程 。7.3 GSM系统的控制与管理2 呼叫接续（5）主叫过程62越区切换的定义越区切换的策略越区切换的种类7.3 GSM系统的控制与管理3 越区切换与漫游63定义：将正处于通话状态的MS转移到新的业务信道上（新的小区）的过程。目的是保证通信的连续性操作识别新的小区；分配给移动台在新小区的话音信道和控制信道。原因信号强度或质量下降到门限以下，此时移动台被切换到信号强度较强的相邻小区。由移动台发起由于某小区业务信道容量全被占用或几乎全被占用，这时移动台被切换到业务信道容量较空闲的相邻小区。由上级实体发起7.3 GSM系统的控制与管理3 越区切换与漫游：（1）越区切换

41、的定义64分散控制 移动台与基站均参与测量接受信号的强度RSSI和质量BER；移动台对不同基站RSSI进行测量，将测量结果报告给基站（两次/秒）；基站对移动台所占用的业务信道TCH进行测量，并报告给基站控制器BSC，最后由基站控制器决定是否需要切换 链 路 质量 指 标意 义WEI (word error indicator)表明在MS侧当前的突发脉冲是否得到正确解调RSSI (received signal strength indicator)反映信道间干扰和噪声QI (quality indicator)在一个有效窗口内用信扰比来估计无线信号质量7.3 GSM系统的控制与管理3 越区切换

42、与漫游：（2）越区切换的策略65BSC需要建立与新基站之间的链路，并在新的小区基站分配一个业务信道TCH；网络MSC对这种切换不做控制 。7.3 GSM系统的控制与管理3 越区切换与漫游：（3）越区切换的种类同一BSC内不同小区间的切换66网络参与切换过程原BSC向MSC请求切换建立MSC与新的BSC、新的BTS的链路选择并保留新小区空闲TCH供MS切换后使用命令MS切换到新频率的新的TCH上切换成功后MS需要了解周围小区的信息，若位置区域发生了变化，呼叫完成后必须进行位置更新 同MSC/VLR区不同BSC切换 7.3 GSM系统的控制与管理3 越区切换与漫游：（3）越区切换的种类同一MSC/

43、VLR内不同BSC控制的小区间的切换67路由信息 当MS从正在为其服务的原MSC的区域移动到目标MSC的区域时，目标MSC要向原MSC提供一路由信息以建立两个移动交换机的连接：目标MSC 通知其相关的VLR给该MS分配一个“切换号码”，并通知新的基站分配无线信道，然后向原MSC发送切换号码。切换号码（HON） 路由信息由切换号码提供 HON=CC+NDC+SN CC为国家码 NDC为蜂窝移动业务接入号 SN为移动用户号 7.3 GSM系统的控制与管理3 越区切换与漫游：（3）越区切换的种类不同MSC/VLR内不同BSC控制的小区间的切换68概述作用：保护网络，防止非法盗用；保护用户，拒绝假冒合

44、法用户的“入侵”。原理：基于GSM系统定义的鉴权键Ki当客户在网络上注册登记时，会被分配一个MSISDN、一个IMSI及一个与IMSI对应的移动用户鉴权键Ki；Ki被分别存放在网络端的鉴权中心AC中和移动用户的SIM卡中；鉴权就是在VLR中验证网络端和用户端的Ki是否相同。问题：用户将鉴权键Ki传输给网络时可能被人截获。解决方法：用鉴权算法A3产生加密的数据符号响应（SRES，Signed Response）符号响应SRES A3VLR鉴权键Ki+伪随机数RAND 7.3 GSM系统的控制与管理4 安全措施：（1）鉴权69图 安全算法所在GSM系统的位置 7.3 GSM系统的控制与管理4 安全

45、措施：（1）鉴权安全算法A3：鉴权算法；A8：加密算法，产生一个供用户数据加密使用的密钥Kc；A5：加密算法，对用户数据进行加密70鉴权三参数的产生 在进行鉴权和加密时，GSM系统要在其鉴权中心AC产生鉴权三参数：随机数RAND；符号响应SRES；密钥Kc 图 鉴权三参数产生过程7.3 GSM系统的控制与管理4 安全措施：（1）鉴权71鉴权的过程AC产生鉴权三参数后将其传送给VLR；鉴权开始时VLR通过BSS将RAND送给移动台的SIM卡。SIM卡中具有与网络端相同的Ki和A3、A8算法，可产生与网络端相同的SRES和Kc；MS将SIM卡产生的SRES发给VLR，在VLR中进行鉴权验证；因为S

46、RES是随机的，所以在空中传输时是加密的VLRBSCBTSRANDSRESKc鉴权三参数比较KcRANDKiSIMA3A8SRESKc图 鉴权过程 7.3 GSM系统的控制与管理4 安全措施：（1）鉴权72目的 在空中对用户数据和信令的保密过程加密开始时根据MSC/VLR发出的加密指令，BTS侧和MS侧均开始使用Kc；MS侧，由Kc、TDMA帧号一起经A5算法，对用户信息数据流加密，在无线路径上传输；BTS侧，把从无线信道上收到的加密信息流、TDMA帧号和Kc，再经过A5算法解密后，传送给BSC和MSC；上述过程反之亦然 BTSA5KcTDMAA5A5KcTDMAA5语音/数据语音/数据加密的

47、语音/数据图 通信信息加密 7.3 GSM系统的控制与管理4 安全措施：（2）无线链路上有权用户通信信息的加密73目的 确保系统中使用的移动设备不是盗用或非法的设备过程MSC/VLR向移动用户请求IMEI（国际移动台设备识别码）并将IMEI发送给EIR（设备识别寄存器）。收到IMEI后，IER使用所定义的三个清单：白名单：包括已分配给参加运营者的所有设备识别序列号码；黑名单：包括所有被禁止使用的设备识别；灰名单：由运营者决定，例如包括有故障的及未经型号认证的移动设备。将设备鉴定结果送给MSC/VLR，以决定是否允许入网 7.3 GSM系统的控制与管理4 安全措施：（3）移动设备的识别74用户的

48、临时识别码TMSI目的 防止非法个人和团体通过监听无线路径上的信令交换而窃得移动用户的真实IMSI或跟踪移动用户的位置。分配者： MSC/VLR更换周期：由网络运营者决定使用过程每当MS用IMSI向系统请求位置更新、呼叫建立或业务激活时，MSC/VLR对它进行鉴权。允许入网后，MSC/VLR产生一个新TMSI，通过给IMSI分配TMSI的信令将其传送给MS，写入用户的SIM卡。此后，MSC/VLR和MS之间的信令交换就使用TMSI，而用户的IMSI不在无线路径上传送。7.3 GSM系统的控制与管理4 安全措施：（4）移动用户的安全保密75用户的个人身份号PIN位数：48位目的：控制对SIM卡的

49、使用使用过程只有PIN码认证通过，移动设备才能对SIM卡进行存取，读出相关数据，并可以入网。每次呼叫结束或移动设备正常关机时，所有的临时数据都会从移动设备传送到SIM卡中，再打开移动设备时要重新进行PIN码校验。错误输入处理如果输入不正确的PIN码，用户可以再连续输入两次；超过三次不正确，SIM卡被阻塞，须到运营商处消阻；连续十次不正确输入时，SIM卡回被永久阻塞，即作废 。7.3 GSM系统的控制与管理4 安全措施：（4）移动用户的安全保密76复杂性 移动用户的移动和漫游原则由网络运营商之间相互协商拟定详见我国GSM技术体制 7.3 GSM系统的控制与管理5 计费77 概述 GPRS的业务类

50、型与Qos等级 GPRS的网络结构及其功能描述 GPRS协议 GPRS的移动性管理和会话管理 GPRS的空中接口 7.4 通用无线分组业务GPRS78 GSM推出两种高速移动数据业务：HSCSD和GPRSGSM特点每信道占据200kHz带宽8个时隙中的一个；低速：9.6kbit/s;高速电路交换数据（HSCSD）特点同时占据200kHz带宽8个时隙中的多个时隙，并且每个时隙的数据传输速率由9.6kbit/s提高到14.4kbit/s ；实现简单，只需对无线链路协议作修改，不需对核心网进行改造；提供与有线网64kbit/s相比的高速数据;不适于突发性强的数据传输7.4 通用无线分组业务GPRS1

51、 概述79GPRS特点GPRS是GSM Phase2.1规范实现的内容之一。 GSM网络采用电路交换的方式，主要用于语音业务；因特网上的数据传递则采用分组交换的方式，因而导致网络彼此独立运行的情况。制定GPRS( General Packet Radio Service 通用分组无线业务)标准的目的，是改变两种网络互相独立的现状，使GSM网轻易地实现高速数据分组的传输。按需动态占用资源：只在有数据传输时才分配无线资源;频谱利用率较高;数据传输速率最高可达到171.2kbit/s;适合各种突发性强的数据传输;按传输的数据量和计时两者结合的计费方式7.4 通用无线分组业务GPRS1 概述80点对点

52、业务 GPRS网络在业务请求者和业务接收者之间提供的分组传送业务 点对点业务类型特点业务对象面向无连接的网络业务PTP-CLNS数据报型业务用户之间的信息传递没有端到端的呼叫建立过程；分组的传送没有逻辑连接和交付确认保证突发非交互式应用业务，如基于IP的网络应用面向连接的网络业务PTP-CONS虚电路型业务为两用户间传送多路数据分组建立逻辑电路；要求有建立连接、数据传送和连接释放的过程。面向连接的网络协议CONP支持的业务，即X.25协议支持的业务7.4 通用无线分组业务GPRS2 GPRS业务类型与Qos等级: (1) GPRS网络业务81点对多点业务 可根据某业务请求者请求，把信息传送给多

53、个用户或一组用户PTM业务请求者定义用户组成员使用国际移动组识别（IMGI）识别组成员业务请求者可定义所传信息的地理区域，地理区域可以是一个或几个，即所有成员可能分布在不同的地理区域内主要为移动用户 7.4 通用无线分组业务GPRS2 GPRS业务类型与Qos等级: (1)GPRS网络业务82基于PTP的用户终端业务信息点播业务E-mail业务会话业务远程操作业务基于PTM的用户终端业务: 点对多点应用业务点对多点单向广播业务集团内部点对多点双向数据量事务处理业务 7.4 通用无线分组业务GPRS2 GPRS业务类型与Qos等级: (2)用户终端业务83Qos的5种属性（业务等级分类） 平均吞

54、吐量等级、可靠性等级、延迟等级、优先级、峰值吞吐量等级QoS组合QOS每一种属性都有多个级别的值可供选用不同级别属性值的组合构成了对要求不同的QoS的各种应用的支持QoS定义文件（Profile） 与每一个包数据协议（PDP：Packet Data Protocol）相联系被当作一个单一的参数，具有多个数据传递属性Profile协商过程中QoS属性的定义移动台可为每一个QoS属性申请一个值，包括存储在HLR中用户开户的缺省值网络也为每一个属性协商一个等级，能够与有效的GPRS资源相一致，以便提供适当的资源支持已经协商的QoS定义文件 7.4 通用无线分组业务GPRS2 GPRS业务类型与Qos

55、等级: (3)QOS等级84GPRS网络是在GSM网基础上发展的移动数据分组网 将现有GSM网络改造为能够提供GPRS业务的网络需要增加两个主单元：GPRS服务支持节点(SGSN)和GPRS网关支持节点（ GGSN ）组 成作 用无线接入在移动台和基站子系统（BSS）之间传递数据核心网在BSS和标准数据网边缘路由器之间中继传递数据7.4 通用无线分组业务GPRS3 GPRS的网络结构及其功能描述: (1)网络结构857.4 通用无线分组业务GPRS3 GPRS的网络结构及其功能描述: (1)网络结构MSC/VLRBSCRAbisAPSTNHLR/AUCSMS-GMSCSS7SS7SS7GGSN

56、防火墙防火墙GiGi数据网X.25数据网（Internet)其它PLMN网GrGdBTSUm防火墙 GcGsEIRGfSGSNGbPTM SCBGGnGpGnGPRSbackbone(IP based)86SGSNGPRS业务支持节点，一个PLMN内可以有多个SGSN GGSNGPRS网关支持节点，用于GPRS与外部网络的连接PTM SC点对多点业务中心SMSC短消息业务中心，每个移动台均归属于某个SMSC，SMSC负责存储与转发发往其归属MS的短消息。 SMS-GMSC和SMS-IWMSC SMS-GMSC和SMS-IWMSC是具有短消息功能的移动交换中心（MSC）SMS-GMSC是接收发自

57、SMSC短消息的入口交换机；SMS-IWMSC是一个能够接收来自PLMN的短消息，并将此短消息送到相应SMSC的出口交换机。 7.4 通用无线分组业务GPRS3 GPRS的网络结构及其功能描述: (1)网络结构87SGSN功能：类似GSM中的MSC/VLR是GPRS骨干网的重要组成部份，分组交换的核心部分；不仅处理分组交换中的信令传输，同时也进行数据包的处理和传送；对MS执行移动性管理、安全管理、介入控制和路由选择功能记录当前活动在该SGSN区域内的移动数据用户的有关信息，如位置信息，可以对当 前用户信息进行修改、删除等；负责数据用户的分离附着、位置更新、寻呼、鉴权、加密等；负责MS和SGSN

58、之间逻辑链路的建立、维护和释放；负责路由的选择和信息的存储转发；计费和业务统计。7.4 通用无线分组业务GPRS3 GPRS的网络结构及其功能描述: (2)SGSN功能及其接口88SGSNSGSNGnGnGGSNGnBSSBSSGbGb归属PLMN其它PLMNIP网络外部IP网络（或X.25网络）GiGpBSSBSSGbGbIP(Backbone)SGSN的对外接口7.4 通用无线分组业务GPRS3 GPRS的网络结构及其功能描述: (2)SGSN功能及其接口89接口连接SGSN与功 能GbBSS传输信令和话务信息。流量控制，支持移动性管理和会话功能，支持MS经BSS到SGSN间分组数据的传输

59、Gn同PLMNSGSN或GGSN支持用户数据和有关信令的传输，支持移动性管理Gp异PLMN与Gn接口功能相似，还提供边缘网关BG、防火墙及不同PLMN间互联功能GsMSC/VLR支持SGSN和MSC/VLR之间的配合工作：SGSN向MSC/VLR发送MS的位置信息或接收来自MSC/VLR的寻呼信息。GrHLR支持SGSN接入HLR并获得用户管理数据和位置信息GfEIR支持SGSN与EIR 交换数据，认证MS的IMEI信息GdSMS-GMSC提高SMS的使用效率 7.4 通用无线分组业务GPRS3 GPRS的网络结构及其功能描述: (2)SGSN功能及其接口SGSN的对外接口90接口连接GGSN

60、与功 能Gn见上页GpGi外部分组数据网与外部分组数据网互联（IP、X.25等）GcHLR获得MS的位置信息，从而实现网络发起的数据业务7.4 通用无线分组业务GPRS3 GPRS的网络结构及其功能描述: (3)GGSN功能及接口GGSN功能GPRS骨干网和外部数据网的网关或路由器，提供GPRS和外部分组数据网的互联，类似于传统GSM网中的GMSC的地位。接收移动台发送的数据，选择相应的外部网络进行传送接收外部网络的数据，根据其地址选择GPRS网内的传输通道，传输给相应的SGSN。地址分配和计费等GGSN的对外接口91原有基站软件需进行更新原有GSM网络子系统的软件需进行更新；采用新的移动性管