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1、GSM系统概述,GSM以前是Group Special Mobile(1982年设立)的缩写，现在是(Global System for Mobile communications)的缩写。由欧洲ETSI(European Telecommunications Standardization Institute)提出的第二代数字蜂窝移动通信系统标准。采用TDMA/FDMA 复用方式。采用数字化语音编码和数字调制技术。以语音业务为主，也支持无线的数据业务。是世界上使用最广、用户数最多的移动通信系统。,GSM 历史,1982年北欧四国向欧洲邮电行政大会CEPT提交建议书，要求制定900MHz频段的
2、欧洲公共电信业务规范。在ETSI技术委员会下成立“移动特别小组(Group Special Mobile)”，简称“GSM”，来制定有关的标准和建议书。1986年在巴黎对提出的8个建议系统进行现场实验。1987.5，GSM选定窄带TDMA、RPE-LTP话音编码和GMSK调制方式。1988年提出主要建议，颁布GSM(泛欧数字蜂窝通信网)标准。1990年完成了GSM900的规范，不同建议书分组成为一套12个系列。,GSM 历史（续）,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”(Global system for Mobile communications)。同年移动特别
3、小组还完成了1800MHz频段的移动电信业务规范，名为DCS 1800系统。1992年，大多数欧洲GSM运营者开始商用业务。1993年，欧洲第一个DCS 1800系统投入运营。1995年，完成了1900MHz频段的PCS 1900移动电信业务规范。,GSM 的发展现状,第二阶段标准到1993年底也基本完成了主要部分，并于1994年底冻结。1994年6月又开始考虑第2阶段的有关标准的定义，后并入第二阶段标准。全世界已有欧洲、亚洲、非洲、美洲、大洋州的130多个国家和地区建立了GSM网络，实现全球漫游；移动通信用户的70采用GSM，仅中国的用户数就超过了4亿。,GSM 的性能特征,通信：无线移动通
4、信，支持话音和数据业务。移动性：国际接入，采用chip-card 可接入不同运营商的GSM网络。连通世界各地：一个号码，网络处理本地化。,GSM 的性能特征（续）,容量大：频谱效率较高、小区覆盖较小、每小区用户数较多传输质量高：就无线通信而言，话音质量高，可靠性高，高速运动场合（如汽车和火车上）也极少会发生电话呼叫中断。安全功能：接入控制、通过chip-card 和PIN 鉴权。,GSM 的缺点,没有完美的系统!没有端到端的用户加密。没有给用户提供完全的64 kb/s 的ISDN 带宽。产生电磁辐射较强。可能会出现滥用私人数据的现象。漫游的profiles 易受影响。系统高度复杂。在GSM标准
5、内有几处不相容。,GSM 的标准内容,GSM 系统构成,GSM 是一种公共陆地移动网(PLMN)。一个国家内可以由数个运营商根据GSM标准建设蜂窝移动通信网络。组成：MS(移动站)BS(基站)MSC(移动交换中心)LR(位置寄存器)子系统：RSS(无线子系统)：涵盖所有无线方面。NSS(网络和交换子系统)：呼叫下传、越区切换、交换。OSS(操作子系统)：网络管理。,GSM 蜂窝网络,把服务区分割成小区：,使用数个载波频点。相邻小区使用的频率不同。小区覆盖半径从数百米到35km，取决于用户密度、地理条件和发射机功率等。六角形小区覆盖是理想化的(小区重叠和形状取决于地理条件)。若用户从一个小区运动
6、到另一个小区将发生呼叫连接的越区切换。,GSM 系统构成图示1,GSM 系统构成图示2,无线子系统（RSS),组成：MS(移动站)BSS(基站子系统)，组成：BTS(基站收发信机)：发射机和接收机。BSC(基站控制器)：控制数个收发信机。接口：Um：无线空中接口。Abis：标准化的开放接口，用户信道数据速率16 kbit/s A：标准化的开放接口，用户信道数据速率64 kbit/s。,基站收发信机和基站控制器,BSS 包括BSC 和BTS。BTS 包括了无线空中接口规定的功能。BSC 是无线信道的交换中心。,BSC：具有对一个或多个BTS进行控制的功能，它主要负责无线网路资源的管理、小区配置数
7、据管理、功率控制、定位和切换等，是个很强的业务控制点。BTS：无线接口设备，它完全由BSC控制，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。一个BTS由无线收发信机及多块用于无线电接口的信号处理模块组成。BTS位置通常在小区中心。BTS的发射功率决定小区的尺寸。一个典型的BTS通常具有1到24个收发信机（TRX），每个TRX代表一个单独的RF信道。BTS功能：在朝BSC侧，BTS区分与移动台有关的话音和控制信令，并通过各自信道传给BSC。在朝MS侧，BTS将信令和语音合在一个载波上。,基站的功率等级,移动站,使用GSM 业务的终端。移动站(MS)由以下几个功能组
8、成：移动终端(MT)提供MS 所有业务时要应用的功能。相当于ISDN 接入网的网络终端。无线空中接口(Um)的末端。终端适配器(TA)终端自适应、隐藏无线空中接口规定的特性。终端设备(TE)MS 的外围设备，向用户提供业务。不包括GSM 规定的功能。用户身份模块(SIM)移动终端的个人化（personalization），存储用户参数。,SIM卡支持个人移动性；SIM包括有关移动用户指定的GSM业务和网络信息。它存储有用户识别号、位置信息和有关保密数据（如密钥）、禁止GSM网络和参考语言。QIM卡支持个人身份码（PIN）来鉴别卡的用户，以防非法卡的使用。PIN由4到8位数字组成，在SIM出售时
9、写入。移动台如无SIM卡只能进行紧急呼叫。,移动站示意图,表5-5 GSM 900系统的移动台功率等级,表5-6 DCS 1800系统的移动台功率等级,网络和交换子系统(NSS),组成：MSC(移动交换中心)IWF(互通功能)ISDN(综合业务数字网)PSTN(公共交换电话网)PSPDN(分组交换公共数据网)CSPDN(电路交换公共数据网)AUC（鉴权中心）数据库：HLR(归属位置寄存器)VLR(访问位置寄存器)EIR(设备识别寄存器）,移动业务交换中心（MSC）,移动交换中心(MSC)在GSM 中是核心：交换功能；支持移动性的附加功能；网络资源管理；通过网关MSC(GMSC)实现互通功能；数
10、个数据库的综合。MSC 的功能：下传寻呼和呼叫所特定的功能；7 号信令系统(SS7)的中止处；支持移动性的特定信令；位置登记和位置信息下传；新业务的提供(传真、数据呼叫)；支持短消息业务(SMS)；生成并下传计费和帐单信息。,数据库（1）,HLR：是一个存储管理部门用于移动客户管理的数据的数据库。每个移动客户都应在其归属位置寄存器（HLR）注册登记。HLR所存储的用户信息分为两类：一类是有关用户参数的信息，例如用户类别，业务限制,所提供的业务，用户的各种号码、识别码，以及用户的保密参数等。另一类是有关用户当前位置的信息，例如移动台漫游号码、VLR地址等，用于建立至移动台的呼叫路由。,数据库（2
11、）,VLR：包含所有当前在服务MSC中的移动用户的有关数据，是一个动态用户的数据库。VLR中永久性数据与HLR中的相同,临时性数据略有所不同。这些数据包括当前已激活的特性,临时用户识别号(TMSI)和移动台在网络中准确位置(位置区域识别号)。一个VLR可以负责一个或若干个MSC区域。,数据库（3）,EIR设备识别寄存器 存储GSM 移动站和用户的权利；偷窃或伪造的移动站可被锁死，而且有时甚至能被定位。,鉴权中心(AUC),基于VLR 的申请生成用户的特定鉴权参数；鉴权参数用于GSM 系统内移动终端的鉴权和空中接口用户数据加密。,操作子系统(OSS),操作子系统(OSS)使所有GSM子系统的操作
12、、管理和维护能集中进行。组成：操作与维护中心(OMC)对无线子系统和网络子系统的不同的控制能力。,GSM 网络接口,主要接口包括A接口、Abis接口和Um接口网络子系统内部接口：B、C、D、E、F、G接口GSM与其它公用电信网接口一般为7号信令,各接口协议分层模型,GSM 的号码(1),1.IMSI-国际移动用户识别码GSM系统中每个用户均分配一个唯一的IMSI。这个码驻留在SIM卡中。它用于识别用户和用户与网络的予约关系。在呼叫建立和位置更新时都要使用IMSI，其组成如下图所示：,MCC：移动国家号码 MNC：移动网号 MSIN：移动用户识别码,IMSI（续）,MCC由ITU-T管理，由3位
13、数字组成，表示所属国家，如我国MCC位460。MNC位该国中的网络，如中国移动GSM网为00，中国联通GSM网为01。MSIN表示某一特殊网下的用户。,GSM 的号码(2),2.TMSI-临时移动用户识别码考虑到移动用户识别码的安全性，GSM系统能提供安全保密措施，即空中接口无线传输的识别码采用临时移动用户识别码(TMSI)代替IMSI。两者之间可按一定的算法互相转换。VLR可给来访的移动用户分配一个TMSI(只限于在该访问服务区使用)。IMSI只在起始入网登记时使用，在后续的呼叫中，使用TMSI，以避免通过无线信道发送其IMSI，从而防止窃听者检测用户的通信内容，或者非法盗用合法用户的IMS
14、I。TMSI总长不超过 4 个字节，其格式可由各运营部门决定。,GSM 的号码(3),3.IMEI-国际移动识别标识码IMEI是唯一的用于识别移动设备的号码，用于监控被窃或无效的这一类移动设备，IMEI=TAC+FAC+SNR+SP（15位数）。TAC-型号批准码，6位，由欧洲型号批准中心分配，前2位为国家码。FAC-工厂装配码，2位，表示生产厂或最后装配地，由厂家编码。SNR-序列号码，6位，独立地、唯一地识别每个TAC和FAC移动设备，所以同一个牌子的、同一型号的SNR是不可能一样的。SP-备用码，1位，通常是0。,GSM 的号码(4),4.MSISDN-移动用户ISDN号码MSISDN是
15、用户为找到GSM用户所拨的号码。用于PSTN或ISDN或其他移动用户拨向GSM 系统的号码MSISDN=CC+NDC+SN，总长不超过15位数字CC=国家码(如中国86)，NDC=国内地区码，SN=用户号码,MSISDN（续）,国家代码由ITU-T管理。如中国为86，美国为1。NDC和SN由国家指定的管理部门管理。其中，NDC可以有两种使用方法，可以识别目的网或识别用户所属的地理区域。在我国，NDC用目的网进行识别。,MSISDN（续）,NDC=13S。S=5，6，7，8，9为中国移动的接入网号。另13401348亦为移动的号码，1349为中国卫星集团公司所有。S0，1，2为中国联通的接入网号
16、当H0=0时，H1H2由全国统一分配；H3由各省自行分配。一个HLR可包含一个或若干个H3数值。当H00时，SH0H1H2由全国统一分配，一个HLR可包含一个或若干个SH0H1H2的值。3 SN由各HLR自行分配。,手机号码的分配使用问题联通：130133号段，130132为GSM网，133为CDMA网。132是2004年底放号的。目前联通网络共有1亿多用户。主要业务范围为移动、固话及长途。移动：13401348，135139号段，1349用于中国卫星集团公司。134是2004年10月1日在北京，天津放号的。目前移动网络共有2亿多用户。主要业务范围为移动、固话及长途。,GSM 的号码(5),5
17、.MSRN-移动用户漫游号码当移动台漫游到一个新的服务区时，由VLR给它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。一旦该移动台离开该服务区，此漫游号码即被收回，并可分配给其它来访的移动台使用。漫游号码的组成格式与移动国际(或国内)ISDN号码类似，最大为15bit。,MSISDN与MSRN的区别,MSISDN只在网络中关联，只在被呼时有效，它只与用户发生作用,它提供用户可以接受呼叫的号码。本质上它是一个目录号码,它不用于空中接口。MSRN的使用是非常严格的，它只用在网络实体之间，没有用户可以访问它，更进一步说，与MSISDN不同，它不是在性能上与一个用户有关,而只与特
18、殊呼叫有明显相关。,存储在移动台和SIM卡中的信息,网络使用的路由信息,GSM 的号码(6),LAI-位置区识别码LAI用于移动用户的位置更新。将一些小区作为一个集，成为一个位置区域，每个小区发送位置区识别号给所属移动台。一旦移动台发现由于小区变化造成位置区变化，它就发一个位置更新给网络，这就是在GSM使用的方案。位置更新区的规划受二个矛盾的结果影响，既要减少寻呼业务量又要减少位置更新业务量。如位置区很大，那么寻呼业务量很重，如果位置区很小，位置更新业务量将很高。,MCC=3bits MNC=2bits LAC=16bits,LAI=MCC+MNC+LAC,GSM 的号码(7),CGI-小区全
19、球识别码 CGI用来识别一个位置区内的小区，CGC=MCC+MNC+LAC+CILAI+CI CI为小区识别号码。,GSM 的号码(7),BSIC-基站识别码 BSIC用于移动台识别不同的相邻基站，采用6比特编码。,NCC为网络色码，用来识别相邻的移动通信网。BCC为BTS色码，用来识别相同载波的不同基站。,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.GSMC 向HLR 发送一个包括被呼MSISDN 的申请。3.HLR 检验其记录，找出被呼用户的当前位置，然后向被呼用户所在的MSC/VLR 发出一个申请，而
20、此申请中采用IMSI。4.MSC/VLR 收到此申请后发回包含在MSRN 内的选路指令。5.HLR 下传此MSRN 给GMSC。6.GMSC 采用此选路信息，把此呼叫沿指定的路由传给正为被呼用户服务的MSC。7.该MSC 把此呼叫路由给适当的BSC。8.此呼叫被发送给被呼的用户。由于被呼用户已经在网络中登记过，因此在空中接口传送时用的是TMSI。,GSM:移动业务,GSM 提供：几种连接类型：话音连接、数据连接、短消息业务。多种业务选项(基本业务的联合应用)。三个业务领域：1.承载业务：所有业务都能在空中接口与网络透明地传输数据。2.电信业务：由应用规定的端到端业务。3.补充业务。,GSM中的
21、业务可分成两组：基本业务(basic services)和补充业务(supplementary services)。基本业务进一步又分为以下两个项目：电信业务(teleservices)和承载业务(bearer services)。,承载业务,接入点之间的电信业务传送。业务到终端接口的规格(OSI 1-3 层)：与PSTN、ISDN 和X.25互通。透明业务：层1 正向纠错（FEC）非透明业务：层2 和层3 无线链路协议(RLP)和高级数据链路控制（HDLC）对重传的选择性拒绝机制话音和数据的(初始标准)电路交换的数据业务 分组交换的数据业务,电信业务(1),用移动电话进行话音通信的电信业务。
22、所有这些基本业务必须服从蜂窝系统功能和安全性度量等。提供的业务：1.移动电话：GSM的主要目标是使移动带你还能提供传统带宽3.1 kHz 的话音业务，这需要采用特别的编解码器。2.紧急号码：强迫所有GSM网络运营商提供免费拨打如我国的110（匪警）和119（火警）等应急号码，以最高优先权连接(可能让其它连接预先空置)。3.多（号码）拨号：每个用户可拥有多个ISDN 电话号码。,电信业务(2),附加业务：非话信息通讯业务：3类传真：传真数据和传真信令用透明的承载业务发送。话音信箱(在固定网中实现支持移动终端)。电子邮件(消息处理系统MHS，在固定网中实现)。短消息(SMS)：移动终端使用信令信道进行的文字数字的数据收发传输，因此允许同时使用基本业务和SMS。注：至多160 个字符；不使用标准的GSM数据信道，而是利用空余的信令信道容量。,补充业务,基本业务的增值业务，不能单独提供。除了因无线链路使带宽更窄之外，类似ISDN 业务。不同的网络运营商、不同的国家和不同的协议版本都可能使提供的补充业务不同。重要业务：识别：下传呼叫者电话号码。缩位拨号。自动回呼。至多7人参加的电话会议。移动终端锁定（Locking）(呼进或呼出)。.,
