淺談GSM系統構成

1、淺談GSM系統構成 1GSM簡介當今世界，隨著日新月異的科技進步，電信管理和運營商們面對著要求越來越高的消費 群體，他們正在追求每時每刻能提供服務的通信設備，無論你在世界的任何角落。為了在國際范圍內迎合這種需求，歐洲電信標準協會(European Telecommunication StandardsInstitute ETSI)制定了 GSM(Global System for Mobile Communication )標準。電話基本業(yè)務在 GSMI(統中已被充分利用，而且非語音(數據)的應用也已經在GSM系統中開始使用。移動用戶可以使用數據業(yè)務例如傳真、短消息和數據傳輸。補充的ISDN服

2、務使這些都成為可能。(如：名錄數碼識別、前向呼叫、話務限量、費用通知和呼叫等待)。 因而，GSM PLMN(統不僅僅簡單是一個電話系統，它已是一個完整的通信系統。同時還可以連接到以下網絡：公眾交換電話網(PSTN- public switched telephone network )綜合服務數字網(ISDN integrated services digital network)分組交換數據網(PSDN- packet switched data network )或其他公眾陸地移動網(PLMNGSM 系統采用無線蜂窩移動系統( cellular mobile radio system ),

3、整個 PLMN 覆蓋區(qū)域被分成許多小的無線蜂窩單元，每個蜂窩單元由定向天線或全向天線覆蓋，通過無線接口 (Um接口)將不同的MS連接入蜂窩移動通信網， 一個或多個無線收發(fā)基站(BTS)可由一個基站控制器(BS。管理。示意圖如下:Service CentersOMCMSLOther(SMS centers,(SIM)VMS)MSCBSCOtherMSCBTSMS(SIM)VLRHLRACEIRBTS移動交換中心(MSC管理一個或多個基站控制器(BS。并提供通向其他網絡的連接，同時既具有PLMN0絡節(jié)點的功能又具有 PSTN/ISDN網絡節(jié)點功能，因而除了 PLMN 移動用戶外，無線本地環(huán)網移動用

4、戶( WLL mobile subscriber )和有線用戶(analog and ISDN)可以通過PABX基本接入、獨立用戶管理或連接在一起。訪問地址寄存器(visitor location registerVLR被分配到 MSC設備識別寄存器(EIR)也被分配到一個或多個 PLMN并且同時可被多用戶共享。另外一些本身不屬于GSM系統的服務中心可以構建在典型的PLMN系統之上，如短消息服務中心(SMS-center)、語音郵件系統(VMS-voice mail system )。2PLMN-GS幅統結構-GSM子系統PLMN-GSM 網由三個子系統構成：無線子系統(radio subsy

5、stem RSS)包括：-基站系統(base station SS)提供在覆蓋范圍內所有必需的傳輸和控制功能，包括分散在整個服務區(qū)域和基站控制器下所有主要的無線收發(fā)機站、基站控制器、及碼轉換器等網元。-移動用戶(mobile station WS )其并不是GSM系統的固有部分，作用是提供所有移動用戶的操作功能，實現通信的移動終端。交換子系統(switching subsystem 6SS)提供所有對于特定無線移動用戶的交換作用，這相當于GSM網絡內部以及和所有固有網絡(如PSTN/ISDN )或其他無線網絡接口之間所必需的獨立操作，提供對于固有系 統的轉換指令。同時，這部分還負責進行復雜的數

6、據(用戶數據，網絡數據)管理， 操作在連接建立和斷開時各種不同的信令協議。操作維護子系統( operation and maintenance subsystem QMS )它包括OMC-R和OMC-S兩部分，完成對網絡運行狀態(tài)的監(jiān)控和網絡數據的修改的操作功能，提供適應于遠端和本地GSM網絡操作的所有功能，同時紀錄GSM系統運行情況的信息。這包含集成在本地操作維護中心( operation and maintenance center QMC )的處理機、存儲器、管理設備或其他的O&M設備(不論固定或移動)。? PLMN-GS源統網絡元件組成示意圖如上?；咀酉到y(BSS)網絡元件基站子(BS

7、S)系統包含基站控制器 (BSC)和無線收發(fā)信基站 (base transceiver stations-BTS)。這里指包括一個智能中心控制(BSC)和若干個低損耗無線收發(fā)基站，完成一些通信服務。(如：微型蜂窩-micro cells用于集合城市，大型蜂窩網絡用于鄉(xiāng)間和偏遠地 區(qū))。微型蜂窩單元的優(yōu)點主要是增大在稠密地區(qū)控制呼叫話務的可能性；而大型蜂窩 網絡用若干個低損耗的無線收發(fā)基站覆蓋了較大的區(qū)域即話務量低的區(qū)域?；究刂破?base station controllers-BSC)基站控制器(BSCs)是構成基站子系統(BSS)的智能部分，負責BSS中最重要的管理和 控制功能。一個或幾

8、個 BSCs 被連接到 MSC ( mobile-services switching center), BSCs 被 物理的集成在本地或MSC 位置的中心點，通常一個BSC管理一個或多個BTSs(basetransceiver stations)。基站控制器(BSCs)可分為兩個物理單元，BSS管理和控制設備和傳輸碼轉換設備(thetranscoding equipment TCU )。BSS管理和控制設備完成無線傳輸的功能，如無線資源的管理、 無線信道的管理、 本地連接的管理和防護設施。TCU 完成 GSM 標準中規(guī)定的 TRAU (transcoding and rate adaptio

9、n unit )的功能， 作用是在一對BSS和MSC信道中調整不同的傳輸速率。語音和數據信息在無線信道一側的 16 Kbit/s被調整成轉換子系統 SSS中的標準64Kbit/s。雖然TRAU屬BSS的一個邏輯部件，但相對于BSC和TRAU之間16Kbs較低的傳輸速率而言，它通常和 MSC放在一起，這樣可以更有效的利用線路的傳輸能力。無線收發(fā)信基站(base transceiver stations -BTS)無線收發(fā)信基站(BTSs)分散在整個PLMN區(qū)域，BTS的服務范圍稱為基站服務覆蓋 區(qū)域，BTS是一種無線收發(fā)信基站，它完成天線側所需的所有功能。支持無線Um接口協議，如GSM系統和移動

10、用戶(MS)間的無線信徑和信號的合成等。一個 BTS和GSM系 統可以服務所需的一系列無線蜂窩單元，這些單元是GSM網絡的最小覆蓋服務區(qū)域，將所有BTS無線蜂窩單元組合起來就構成了整個GSM系統的服務范圍。一般情況下，一個無線收發(fā)信基站服務一個無線蜂窩單元。通過在一個BTS側設置有方向性的天線，一個約定的無線單元被分割成兩個或更多的可被系統操作的單元，這樣可使網絡設計更具靈活性，節(jié)省硬件開銷。交換子系統(switching subsystemSSS)網絡元件包括以下主要部分：-移動服務轉接中心( mobile-service switching center- MSC)-訪問地址寄存器(vis

11、itor location register-VLR )-本地地址寄存器(home location register- HLR )-鑒權中心(authentication centerAC)-設備識別寄存器(EIR )移動業(yè)務交換中心( mobile-service switching center- MSC)MSC在PLMN中處理呼叫控制服務。MSC 轉換如下設備間的無線連接：PLMN 和固定網的連接（ PSTN/ISDN ）PLMN 間的連接PLMN 中兩個 MSC 間的連接訪問地址寄存器（ visitor location register VLR ）VLR 從根本上說是包含在當前服務

12、范圍內活動的移動用戶信息的數據庫。 D900 系統 中， VLR 和 MSC 結合同一個物理節(jié)點處，通常用 MSC/VLR 來表示這個物理連接。如果一個移動用戶接入 VLR 服務范圍，通過認證后，這個信息將被傳輸到 HLR ，然后HLR 發(fā)送移動用戶的許可信息到 VLR 。在這個過程中，一旦經由 HLR 通過通道 MSC （ GMSC ）的移動終止呼叫被確認，呼叫將建立 VLR 一個移動用戶漫游號碼（ mobile subscriber roaming number MSRN ） ，這個 號碼用于 GMSC 和 MSC/VLR 的連接建立中。本地地址寄存器（ home location reg

13、ister HLR ）HLR 是與在冊移動用戶相關的主要數據庫，可以被 PLMN 操作員建立、刪除、讀取。訂戶控制輸入（ SCI ）也允許移動用戶設定遠地訂戶數據，完成追加服務。這里數據包含移動用戶當前所在的 VLR 服務區(qū)域的相關信息。這種信息在呼叫建立時被 MTC 所用。鑒權中心（ authentication center AC ）AC 是儲存用戶認證號碼或用于生成認證號碼的參數及算法的安全設備。當某訂戶連接到 PLMN 系統中前，必需在 AC 中生成一系列相對應的認證參數。這些認證參數將用于連接入網或呼叫建立時在VLR 的身份認證。設備識別寄存器（equipment identity

14、register-EIR ）EIR 是紀錄設備型號、 特性及在服務范圍內所有移動無線設備信息的數據庫。 EIR 用于 設備的身份證識，并被分配到相關的網絡區(qū)域。在MSC 的要求下， EIR 用來驗證某移動設備（ ME ）的許可證明。 MSC 禁止未經許可的 ME 。操作維護子系統（operation and maintenance subsystem QMS）的網絡元 件OMS 符合通信管理網的結構標準，其網絡元件由 OMC （ operation and maintenance center）生成。 操作維護中心（ OMC ） 包括為BSS、SSS及O&M 終端（經由局域網與 OMP相連）服

15、務的O&M處理機（OMP）。 如果需要，服務器處理基站將用于完成客戶-服務器局域網的功能。為BSS和SSS服務的O&M 處理機（OMP）OMP 是一組商業(yè)計算機。除了其本身的 O&M 功能（ BSS 和 SSS 網絡元件的中心 管理）外，它還負責經由 PSDN （ packet switched data network ）的 BSS 和 SSS 各 網絡元件間的通信。特別的， OMP 通過我們我熟知的中介功能（ mediation functions-MF ）,提供SSS中特定網絡元件與操作系統（operation system- OS,如：SIM 卡的個人中心-PCS 或數據公布處理系統-

16、DPPS ）間的連接。 OMP 還可以為一定的冗余效果而被復制。O&M 終端（ OMT ）OMT 是具所有權的工作站或可選擇的 X 終端。提供操作員和OMP 之間的人機接口 , 同時也就提供了 BSS 和 SSS 各網絡元件間的接口。這種接口具有圖形用戶接口和字母數字MML 的功能。便攜式計算機可以在本地維護終端處接入 BSS 網絡元件。局域網路由器局域網路由器允許遠端可操作的備用計算機和另外OMP通過局域網的連接。局域網路由器可以在這時減輕 OMP的計算負荷。PLMN各網絡元件間的連接MSC的外部接口功能使 PLMN和其他網絡可以共處。MSC可以安排在既定網絡 的一個轉換節(jié)點或其他合適的地方

17、。這里一個MSC通過一個轉換節(jié)點連接到另一網絡被稱為關口局 MSC （GMSC）。PLMN系統使用三種不同的邏輯鏈路：話音業(yè)務連接、普通信道信令連接（CCS7）和O&M連接。話音業(yè)務連接用于用戶信息（語音、數據、文本）的連接和 BSC與BTS之間、 BTS與MS之間消息的交換。CCS7傳輸鏈路的消息交換，用于 PSTN/ISDN 內部、PSTN/ISDN和MSC/VLR 之間、多個 MSC/VLR 之間、MSC/VLR 和HLR/AC 和曰R 之間、MSC/VLR 和BSC 之間。CCS7的信令功能可分為幾個部分：消息傳送部分（ MTP ）、信令連接控制部分 （SCCP）、用戶部分（UP）和應

18、用部分（AP）。MTP的三層結構可以提供用戶的獨立功能：層1 :信令連接的物理功能層2:信令連接的防護設施功能層3:信令網的轉換功能SCCP提供空閑話務信道信令的選路功能。UP/AP為特別用戶（ISUP、TUP、MAP和BSSAP）提供4層以上的用戶特殊 功能。來自OMS或更高等級操作系統的 OMC的O&M 連接將通過 X.25接口的PSDN 將BSS和SSS連接起來。綜述GSM標準并未對操作和維護子系統（ OMS ）的接口做任何規(guī)定。 OMC和BSS、SSS網絡元件間外部接口應適合于通信管理網（TMN ）的結構。國際漫游要求不同網絡間控制信息的可交換。BSC、BTS與MS間的CCS7信令和控

19、制信道（CCH ）應允許這些信息的傳輸。 3系統功能-GSM（統功能分為：.PLMN子系統功能.IN 子系統功能.網絡功能PLMNK統功能BSS功能以下按照BSS網絡單元（BSC BTSS各自的功能描述 BSS的功能：BSC和BTS的功能：呼叫處理功能- 無線信道管理包括無線信道的類型，無線信道的分配和無線信道的配置。（1）話務信道（TCH管理：所有已配置 TCH被BSS獨自處理。（2）控制信道（CCH管理：同樣被 BSS單獨處理。（3）無線信道分配：若需要一個話務信道，則BSC的無線信道管理功能則分配一個信道。（4）無線信道配置：有效的信道配置從OMC程裝載。這些配置控制著無線信道的應用和話

20、務信道及控制信道的時隙（TS） 。-A接口處的信道管理在BSS和SSS之間的A接口中的“ Terrestrial”信道由MSC配并且為了一個特定的呼叫連接一個TCH。- 傳碼和數據速率適配針對語音的傳碼和針對數據的速率適配功能提供固定網中的 64KB/S 傳輸標準速 率和無線中較低速率的接口。- 信道編碼和插入信息（除了 RACH（隨機接入彳t道）和 SCH （同步信道）在無線信道中傳輸為了 防止錯誤，需要進行編碼和插入。-加密加密功能保證信號和消息在MS和BTS中的無線鏈路中傳輸時的隱私保護。-頻率跳頻FH管理此功能允許無線鏈路從一個頻帶到另一個的動態(tài)轉換，從而使每個邏輯信道改變其物理信道傳

21、輸頻率及從TDM仲的一幀到另一幀。- 空間分集通過空間分集兩個分離的物理接收天線可以安裝在BTS 并且通過分集耦合連接到BTS,通過此可以提高傳輸質量。- 無線鏈路管理是指無線測量數據。 包括， 上行鏈路傳輸質量的測量， 下行數據的預處理, 均衡 ,移交初始化或者傳輸電源控制。另外，MS的距離時延也由此功能獨立控制。- 切換功能此功能使MS從一個CELL移動到另一個CELL時保持現存通話狀態(tài)。如果切換由 BSC控制則叫內部控制；如果切換由MSC$制則叫外部控制。- 呼叫控制和移動管理此功能支持 MS MS間的通信。信號數據對于 BSS來說是最大程度的透明的。 BSCe保消息正確的按照確定路徑傳

22、送。SSS的功能：以下按照SSS網絡單元（MSC VLR HLR AQ各自的功能分別描述 BSS的功能： MSC勺功能：MSC是一個存儲程序控制的數字交換，它是PLMM的交換機：. 作為與別的網絡的關口. 與PLMN中的其他MSC1接. 在PLMN的服務區(qū)域連接 SSS中的網絡單元和 BSS中的網絡單元MSC具有一般固定網交換機的功能，也有一些由移動業(yè)務所特定的固定網交換機所不必要的功能 . 其基本功能如下 :- 通路選擇 .- 話務和信號連接的建立- 連接管理- 話務統計- 過載處理-支持電信業(yè)務-合法的截機特殊的功能： -基本功能在plmM的擴展.-移動管理：詢問，呼叫，移交，位置更新.-

23、資源管理.- 接入 PLMN的數據庫.(VLR,HLR,EIR)-特殊的安全功能.- 針對BSS根據優(yōu)先級對排隊操作的管理- 針對GS撇據服務的交互功能.VLR的功能：VLR登記著處于它的服務區(qū)域的所有移動用戶，只要一個移動用戶存在,VLR就包含著這個移動用戶呼叫處理所必需的所有參數.呼叫處理功能，包括尋址和身份識別.呼叫建立.位置登記，包括位置更新，位置取消.認證.標志信息按路徑傳送.數據庫.管理軟件，包括參數管理，更新移動用戶數據，話務統計.處理增值業(yè)務.維護功能.HLR的功能：HLR是移動用戶的主要數據庫.通過提供必要的數據支持著當前的VLR,并且VL就順序使它們的地址有效.比如,HLR

24、通過向GMSC(MSC口 )發(fā)送選路信息來支持移動終端呼叫MTC.呼叫處理功能，包括尋址和身份識別. 呼叫建立.HLR參與一個 MTC勺建立：當一個 MTC1立后，GMSC!要HLR從當 前的VLR中檢索這個移動用戶的MSRN動用戶漫游號碼).位置登記，包括位置更新，VLR更新，位置取消.路由信令消息.信令消息和數據交換在 HLR-VLR-GMSC或者MSd間傳輸.HLR存儲著VLR ISDN號碼來彳這個 VLR的路由信令消息；HLR用提出需求的 GMSC/MS幽 址作為這個 GMSC/MS的路由信令消息.數據庫.管理軟件，包括數據庫管理，HLR身份管理，移動用戶數據管理，話務統計.處理增值業(yè)

25、務.維護功能.AC的功能：AC管理著與安全有關的功能，比如：對秘密私人移動用戶認證密碼的管理；在安全箱中存儲著PLMNK作員的牛I定算法.呼叫處理功能.數據庫.管理軟件.維護功能，包括對硬件和軟件的管理，重新配置，報警，測試.EIR的功能：EIR 檢查是否一個移動設備ID(IMEI) 符合 IMEI 數據庫并且是否被授權 ( 白名單 ,WHITELIST), 是否被監(jiān)督(灰名單 ,GRAY LIST), 是否被禁止(黑名單 ,BLACK LIST).呼叫處理功能.MSC需要一個IMEI檢查，呼叫處理功能在IMEI數據庫中搜尋數據并返回一個訊息.MSC根據回復采取進一步的措施 . 數據庫 . TOC o 1-5 h z .管理軟件, 包括參數管理和話務統計.維護功能.OMS勺功能.O&M 功能應用于SSS,BSS和OMS!身的網絡單元.OMS也為與符合