第七章 GSM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1、1 第七章gsm系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 移動(dòng)通信電子工程系李明2 一、概述 公眾陸地移動(dòng)網(wǎng)plmn：由運(yùn)營(yíng)商管理的、向 公眾提供移動(dòng)通信服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。 gsm900/dcs1800是一個(gè)plmn。 gsm：全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，global system for mobile communications dcs：數(shù)字通信系統(tǒng)，digital communication system 移動(dòng)通信電子工程系李明3 gsm提供的業(yè)務(wù) 電信業(yè)務(wù)：電話、短消息等 承載業(yè)務(wù)：數(shù)據(jù)交換等 補(bǔ)充業(yè)務(wù)：來(lái)電顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、多方 通話等 移動(dòng)通信電子工程系李明4 空中接口(air interface) 公共邏輯信道：由多個(gè)移動(dòng)臺(tái)共

2、享的信 道。 專用邏輯信道：只為一個(gè)移動(dòng)臺(tái)提供資 源的信道。 表gsm空中接口的主要特點(diǎn) 1w 0.14km 2w(或8w) 頻域和時(shí)域，頻率上雙工通信多徑接入方式 終端功率 0.330 km蜂窩小區(qū)半徑 12 kbit/s最大數(shù)據(jù)傳輸速率 13 kbit/s(5.6 kbit/s)語(yǔ)音速率 271 kbit/s調(diào)制速率 95mhz45mhz雙工通信頻率間隔 8tdma幀的時(shí)隙數(shù)量 1710-1785mhz 1805-1880mhz 890-915mhz 935-960mhz 頻帶寬 dcsgsm 中國(guó)移動(dòng)：905909/950954 mhz 中國(guó)聯(lián)通：909915/954960 mhz 移動(dòng)

3、通信電子工程系李明6 巡游管理(itineracy management) 位置登記 越區(qū)切換 移動(dòng)通信電子工程系李明7 漫游(roaming) 保證用戶在不同網(wǎng)絡(luò)中的通話不中斷。 移動(dòng)通信電子工程系李明8 二、分系統(tǒng)組成 移動(dòng)臺(tái)ms (mobile station) 唯 一 的 國(guó) 際 移 動(dòng) 設(shè) 備 識(shí) 別 碼 i m e i (international mobile equipment identity) .形式：車載式和便攜式 .功能：能通過(guò)無(wú)線接入進(jìn)入通信網(wǎng)絡(luò)，完成 各種控制和處理以提供主叫或被叫通信功能外， 還必須具備與使用者之間的人機(jī)接口或與其它 終端設(shè)備相連接的適配裝置。 .

4、最小的發(fā)射功率：在gsm中，一般為 3mw(5dbm)；在dcs中，一般為1mw(0dbm)。 圖移動(dòng)臺(tái)的構(gòu)成 sim卡 設(shè)備 移動(dòng)通信電子工程系李明10 sim (subscriber identity module)卡 記錄了用戶的所有特征和使用環(huán)境，如卡的密 碼、縮位撥號(hào)、最后的呼叫號(hào)碼、最后連接的 網(wǎng)絡(luò)等。 移動(dòng)通信電子工程系李明11 基站子系統(tǒng)bss (base station subsystem) 一方面，通過(guò)空中接口與移動(dòng)臺(tái)相接，進(jìn)行無(wú) 線發(fā)送、接收及無(wú)線資源管理；另一方面，基 站子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)nss中的移動(dòng)交換中心 msc (mobile switching center)

5、相連，實(shí)現(xiàn)移動(dòng) 用戶與固定網(wǎng)絡(luò)用戶之間或移動(dòng)用戶之間的通 信連接。 移動(dòng)通信電子工程系李明12 .基站收發(fā)信機(jī)bts (base transceiver station) 由一組被稱為trx的智能發(fā)送機(jī)和接收機(jī)組成。 功能： 最基本的：調(diào)制/解調(diào)、均衡、糾錯(cuò)編碼 物理層：tdma復(fù)用、慢跳頻、加密 數(shù)據(jù)鏈路層：手機(jī)和設(shè)施間的信令交換 (lapdm)，還管理和bsc間的鏈路以保證會(huì) 話的穩(wěn)定性 (lapd)。 圖bts-bsc間的不同配置 星型配置 鏈型配置 星型和扇 區(qū)型配置 移動(dòng)通信電子工程系李明14 .基站控制器bsc (base station control) 主要功能：管理無(wú)線資源、

6、信道的分配、根據(jù) bts的測(cè)量結(jié)果來(lái)控制移動(dòng)臺(tái)或bts的發(fā)射功 率、決定是否執(zhí)行切換 (handover)。 bsc和bts以及msc通過(guò)一至數(shù)條pcm鏈路相 連。bts和bsc間的鏈路類似于isdn；bsc和 msc間的鏈路使用了7號(hào)信令不同層的功能。 bsc的話務(wù)容量一般為100到900 erlang。 msbtsbscmsc physique lapdm rr mm cm bss 圖bss子系統(tǒng)在gsm網(wǎng)絡(luò)中的位置 移動(dòng)通信電子工程系李明16 .bss子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 分為三層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層。 移動(dòng)通信電子工程系李明17 物理層 定義了發(fā)送/接收信息的所有方法。在abis 接口

7、上發(fā)生的是數(shù)字傳輸，一般是64kbit/s， 采用了itu的g.703、g.705、g.732電信標(biāo) 準(zhǔn)。在空中接口上，還完成糾錯(cuò)編碼、邏 輯信道復(fù)用和進(jìn)行一些無(wú)線指標(biāo)的測(cè)量。 移動(dòng)通信電子工程系李明18 數(shù)據(jù)鏈路層 通過(guò)協(xié)議和arq (automatic repeat request) 機(jī)制，保證兩個(gè)終端間數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?在bts和bsc間使用的是lapd (link access protocol on the d channel)協(xié)議。 在ms和bts間使用的是lapdm (link access protocol on the dm channel)協(xié)議。 移動(dòng)通信電子工程系李明1

8、9 網(wǎng)絡(luò)層 在移動(dòng)臺(tái)要進(jìn)行通信時(shí)，建立、維持和釋放 交換電路。 分為三個(gè)子層 無(wú)線資源管理rr (radio resource)：主 要存在于ms和bsc中。它管理的是無(wú)線 資源，包括不同邏輯信道的建立、維持 和釋放。在移動(dòng)臺(tái)中，主要是用來(lái)選擇 小區(qū)、在物理層測(cè)量的結(jié)果基礎(chǔ)上監(jiān)聽(tīng) 信標(biāo)信道。 移動(dòng)通信電子工程系李明20 移動(dòng)性管理mm (mobility management)：負(fù)責(zé) 移動(dòng)臺(tái)的位置信息、鑒權(quán)和tmsi的分配。 連接管理cm (connection management)包括三 個(gè)實(shí)體：呼叫控制cc (call control)管理和最終 目標(biāo)的電路鏈接、短消息服務(wù)sms (sh

9、ort message service)負(fù)責(zé)短消息的收發(fā)、補(bǔ)充業(yè)務(wù) ss (supplementary services)管理附加業(yè)務(wù)。 圖bss的層結(jié)構(gòu) ms radio bts abis bsc a msc ph. layer lapdm rr mm cm rr btsm ph. layer lapd mtp1 mtp2 mtp3 sccp bssap mm cm mtp1 mtp2 mtp3 sccp bssap rrbtsm ph. layer lapdm ph. layer lapd rr：負(fù)責(zé)ms-bts間的加密 接口a：ss7協(xié)議棧 接口abis：isdn接口 移動(dòng)通信電子工程系

10、李明22 網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)nss (network subsystem) .歸屬位置寄存器hlr home location register，管理一個(gè)給定 plmn用戶的靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，它還記錄了每個(gè) 用戶的： 移動(dòng)通信電子工程系李明23 國(guó)際移動(dòng)用戶識(shí)別碼imsi (international mobile subscriber identity)，網(wǎng)絡(luò)通過(guò)這個(gè)號(hào)碼 和用戶聯(lián)系，該號(hào)碼是不對(duì)外的。 用戶使用的msisdn (mobile station isdn number)號(hào)碼，該號(hào)碼是對(duì)外的。 用戶的某些特征 (允許使用的補(bǔ)充業(yè)務(wù)、允 許打國(guó)際長(zhǎng)途與否等)。 為每個(gè)用戶記錄了訪問(wèn)過(guò)的訪問(wèn)用戶位

11、置寄 存器vlr (visitor location register)號(hào)碼。 圖電話號(hào)碼與身份代碼 撥號(hào)呼叫msisdn 使用imsi呼叫 移動(dòng)通信電子工程系李明25 hlr的布置方式 集中式：被安裝在一臺(tái)特殊的機(jī)器上，一 個(gè)hlr可以管理數(shù)十萬(wàn)用戶。 分布式：被集成到msc中，這時(shí)用戶的數(shù) 據(jù)被儲(chǔ)存在和他經(jīng)常聯(lián)系的msc中。 用戶的資料只儲(chǔ)存在一個(gè)hlr中，網(wǎng)絡(luò)通 過(guò)msisdn和用戶的imsi來(lái)確定hlr。 移動(dòng)通信電子工程系李明26 .msc和vlr功能 msc實(shí)質(zhì)上是移動(dòng)服務(wù)的交換中心，負(fù)責(zé) 管理移動(dòng)臺(tái)和其他的msc聯(lián)系、短消息的傳 送、必要時(shí)參與切換的執(zhí)行、驗(yàn)證訪問(wèn)用戶 的特征 (

12、在用戶主叫時(shí))、轉(zhuǎn)發(fā)位置信息等。 有時(shí)，又稱為gmsc (gateway msc)，被用 于固定電話用戶呼叫移動(dòng)用戶。 移動(dòng)通信電子工程系李明27 vlr是一個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，記錄某個(gè)地區(qū)中出 現(xiàn)的用戶資料。這些資料是從該移動(dòng)用戶的歸 屬位置寄存器hlr獲取并暫時(shí)保存，一旦移動(dòng) 用戶離開(kāi)該vlr的控制區(qū)域，則該用戶的數(shù)據(jù) 就會(huì)被刪除。 vlr中還保存了移動(dòng)用戶的tmsi (temporary mobile subscriber identity) ，并且在vlr中的與 用戶地理區(qū)域位置相關(guān)的信息比hlr中更準(zhǔn)確。 移動(dòng)通信電子工程系李明28 .nss子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) mtp (message tran

13、sfer part)：包含了7號(hào) 信令系統(tǒng)ss7 (signaling system 7)中低3層的 所有協(xié)議，這些協(xié)議允許布置一個(gè)專門用于 信令的、基于數(shù)據(jù)流的國(guó)家電話網(wǎng)絡(luò)。 sccp (signalling connection control part)： ss7的一個(gè)協(xié)議，主要用來(lái)管理信令網(wǎng)之間 的互相連接并且提供一個(gè)有/無(wú)連接的服務(wù)。 利用該協(xié)議可以布置一個(gè)全世界的信令網(wǎng)。 基于ss7、位于nss和bss間的a接口，包含 了mtp和sccp協(xié)議，使用連接的方式。 移動(dòng)通信電子工程系李明29 tcap (transaction capabilities application part

14、)：ss7的一個(gè)協(xié)議，負(fù)責(zé)將一個(gè)事務(wù)分割 成連續(xù)的操作元素。和sccp一起管理國(guó)際漫游， 使 用 在 m s c / v l r h l r 間 以 及 msc/vlrmsc/vlr間。 isup (isdn user part)：ss7中處理電話應(yīng)用 的協(xié)議。打電話時(shí)，isup負(fù)責(zé)管理典型的電話 消息交換。 map (mobile application part)：基于ss7之上 的應(yīng)用協(xié)議，負(fù)責(zé)管理nss設(shè)備間的對(duì)話和巡 游。 移動(dòng)通信電子工程系李明30 bssap (bss application part)對(duì)bscmsc間 的消息進(jìn)行管理。 mm和cm對(duì)漫游、ms和msc之間連接進(jìn)行

15、 管理。 所有的信令交換發(fā)生在nss內(nèi)部，是通過(guò)ss7完 成的。 圖nss的層結(jié)構(gòu) ec pstnpstn 移動(dòng)通信電子工程系李明32 操作子系統(tǒng)oss (operation subsystem) 記錄和控制網(wǎng)絡(luò)性能的各種事件，在提供一 定服務(wù)質(zhì)量的前提下保證用戶資源的使用。 移動(dòng)通信電子工程系李明33 .網(wǎng)絡(luò)管理 商業(yè)上：用戶開(kāi)通、終端、計(jì)費(fèi)等 安全方面的管理：檢測(cè)非法入侵等 開(kāi)發(fā)和管理話務(wù)：觀察話務(wù)量和話務(wù)質(zhì)量、 監(jiān)控移動(dòng)臺(tái)等 管理網(wǎng)絡(luò)的配置：植入軟件、加入新設(shè)備 和添加新的網(wǎng)絡(luò)功能等 維護(hù)：監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的問(wèn)題、設(shè)備測(cè)試 等 移動(dòng)通信電子工程系李明34 gsm的管理系統(tǒng)類似于國(guó)際電信聯(lián)盟

16、itu (international telecommunication union)標(biāo)準(zhǔn)化 了的m.30中的tmn (telecommunications management network)。 移動(dòng)通信電子工程系李明35 .tmn結(jié)構(gòu) 由操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、中間設(shè)備等組成。 圖tmn的結(jié)構(gòu) 操作系統(tǒng) 數(shù)據(jù)網(wǎng) 中間設(shè)備 數(shù)據(jù)網(wǎng) 移動(dòng)通信電子工程系李明37 .設(shè)備身份寄存器eir的功能 equipment identity register，一個(gè)儲(chǔ)存有終 端號(hào)imei (international mobile subscriber identity)的數(shù)據(jù)庫(kù)，它用來(lái)驗(yàn)證某個(gè)終端是 否有權(quán)使用網(wǎng)絡(luò)資源。 eir中有白名單 (允許使用的)、黑名單 (禁止 使用)的和灰名單 (可疑的，不確定是否禁止 使用的)。 移動(dòng)通信電子工程系李明38 .鑒權(quán)中心auc的功能 authentication center，儲(chǔ)存了驗(yàn)證每個(gè)用 戶可以請(qǐng)