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GSM SYSTEM SURVEY,监控交换中心,移动通信的发展,第一代：模拟移动通信系统 上世纪80年代中期，随着蜂窝组网技术的完善和大容量系统的出现，陆地移动通信发展进入高峰阶段。 模拟蜂窝移动通信系统首先发展起来。代表是美国的AMPS系统和欧洲的TACS系统。 主要特点是采用频分复用（FDMA）多址方式，语音信号为模拟调制。,移动通信的发展,第二代：数字移动通信系统 80年代后期，欧、美、日都着手开发数字蜂窝系统。与“模拟”系统相比，“数字”系统是指移动台与基站间传送的是无线数字信号。 目前比较成熟的数字移动通信制式主要有泛欧的GSM、美国的ADC和日本的PDC。其中GSM是目前世界上用的最多的一种制式，也是目前最成熟最先进的数字通信技术。 主要特点是采用时分复用（TDMA）多址方式， GSM工作在900MHz，每载频支持8个信道，信号带宽为200KHz。,移动通信的发展,第2.5代：2G向3G过渡的系统 典型代表是GPRS。 引入目的是提供中速率数据业务，为3G培育市场。 第三代移动通信系统 特征是：能提供多种类型、高质量的多媒体业务，实现全球漫游，大容量，保密性高。 工作在2GHz频段，最高业务速率可达2Mbps。 主要技术体制有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。,GSM系统： Global System for Mobile Communication,GSM系统的技术参数,频段：上行(890-915)MHz 移动台发 下行(935-960)MHz 基站发 频带宽度：25MHz 上、下行频率间隔：45MHz 载频间隔：200KHz 通信方式：全双工 信道分配：每载频8时隙，包含8个全速信道，16个半速信道,GSM系统的技术参数,每个时隙信道速率：22.8kbit/s 信道总速率：270kbit/s 调制方式：高斯滤波最小移频键控频率调制技术GMSK 接入方式：TDMA 话音编码：波形编码和声源编码相结合的混合编码技术 分集接收：跳频每秒217跳，交错信道编码，自适应均衡,GSM系统的主要特点,高频谱效率 系统容量大 话音质量好 开放的接口 安全性好 业务种类多 在SIM卡基础上实现全球漫游,GSM系统的业务功能,GSM移动通信系统可提供的业务分为： 基本业务和补充业务。,基本业务包括：基本通话业务、短消息业务、 传真业务 、数据业务等。 附加业务包括：主叫显示、呼叫转移 、三 方通话、呼叫保持、一卡双号、号码隐藏、彩铃、国际自动漫游、呼叫限制等。,GSM关键技术-多址技术,常见的多址技术有： 频分多址(FDMA) 时分多址(TDMA) 码分多址(CDMA) * GSM系统采用时分、频分混合技术。,多址技术的比较,GSM关键技术-功率控制,当手机在小区内移动时，它的发射功率需要进行变化。当它离基站比较近时需要降低手机的发射功率，以减少对其他用户的干扰；当它离基站比较远时需要增加手机的发射功率，克服增加的路径损耗。,GSM关键技术-频率复用,频率复用是蜂窝移动通信系统中的核心技术，可以很大地提高频率利用率。原因：同一小区内的频点不能太近，否则邻频干扰大；另一方面，相邻小区的频率不能一样，否则同频干扰大，所以这些频率必须合理安排。,GSM系统结构和功能介绍,GSM系统基本上可分为两部分： 交换系统（SS） 基站系统（BSS） 每一部分包含很多功能单元，用来实现全部系统功能，各功能单元配备在不同设备（硬件）中。,交换系统由以下部分组成： 移动业务交换中心（MSC） 拜访位置寄存器（VLR） 归属位置寄存器（HLR） 鉴权中心（AUC) 设备识别寄存器（EIR),移动业务交换中心 （Mobile Services Switching Center) MSC是整个移动通信网的控制中心，具有交换信号处理、呼叫处理、计费、与其他通信网相连接等功能。 GMSC是移动网和固定网及联通网的接口，负责移动网和其他网的呼入和呼出。GMSC称为入口移动交换中心（GATE WAY网关交换局）,拜访位置寄存器 (Visiting Location Register) VLR是一个动态数据库，通常每个MSC只有一个，用于存储MSC服务区内所有当前用户的数据。 当手机漫游时用户访问区被别的网络覆盖，而且HLR批准它可以使用当地网络，它的用户信息将从HLR被拷贝到VLR中暂存。,归属位置寄存器 （Home Location Register) HLR是GSM系统的中央数据库，用于存储所有网络注册用户的数据（静态数据）以及实际漫游所在MSC区域的动态信息数据。,鉴权中心 （Authentication Center) AUC存储着鉴权信息和加密密钥，防止无权用户进入网络和通过无线接口保证移动用户通信的安全。 AUC与HLR相连，是向HLR提供出于安全原因而使用的鉴权参数和密钥。,设备识别寄存器 (Equipment Identify Register) 用户的移动台包括两部分，一部分是用户识别卡（SIM）；另一部分是用户设备。系统配置了EIR，有助于验证当手机遗失时，运营商可以禁止已经报失手机的使用。,基站系统由两个部分组成： 基站控制器（BSC） 无线基站（BTS）,基站控制器（Base Station Controller) BSC是基站子系统的控制部分，用于执行基站设备的操作和维护，以及处理与移动台的无线链路。 无线基站 （Base Transceiver Station) BTS用来实现与移动台MS间通过空中接口的无线传输及相关控制功能，主要由无线收发信机构成。,无线数字信道： 无线数字信道，是GSM移动台与基站之间的信息通道。每个载频采用TDMA变成8个信道，或称8个时隙，可同时为8个用户服务。,无线信道可分为物理信道和逻辑信道两大类： 物理信道是指一个载频上，TDMA帧的一个时隙。用户通过某个载频上的一个信道接入通信系统。用户在该信道上，即该时隙上发出的信息比特流被称为突发脉冲序列。,逻辑信道是从信息内容的性质角度定义划分的。通常我们可以把信道上传递的内容分成业务信息和控制信息两大类。并定义与之对应的逻辑信道称业务信道和控制信道 。,业务信道（TCH) 业务信道用于传递编码后的话音或数据信息。系统内绝大多数的载频及其时隙（信道）将用作业务信道。,控制信道 (CCH) 控制信道用于传送信令或同步数据。它可分成三类： 广播信道、公共控制信道及专用控制信道。,广播信道（BCH)又包括 频率校正信道FCCH 同步信道SCH 广播控制信道BCCH * 每当移动台进入新的小区时，要通过获得该基站的BCH信息来实现同步。,公共控制信道（CCCH) 又包括 寻呼信道PCH 随机接入信道RACH 允许接入信道AGCH * 公共控制信道主要用于寻呼被叫，以及完成移动台所需专用控制信道的申请和分配。,专用控制信道（DCCH) 又包括 独立专用控制信道SDCCH 慢速随路控制信道SACCH 快速随路控制信道FACCH *专用控制信道的特点是向特定的呼叫提供专门的信道来传递其专用信令信息，是点对点的双向信道。,GSM系统区域定义,移动通信网的区域可逐级分为GSM服务区、PLMN区、MSC区、位置区、小区。 GSM服务区：是指移动台可获得服务的区域。一个服务区可由一个或若干个PLMN区组成。 PLMN区：公用陆地移动通信网(PLMN)由一个或若干个移动业务交换中心(MSC)组成。 MSC/VLR服务区：表示由该MSC所覆盖的服务区域，凡在 该区的移动台均在该区的拜访位置寄存器（VLR）登记。 因此，MSC总与VLR构成同一个节点，写作MSC/VLR。,位置区：是指移动台可以任意移动，不需要进行位置 更新的组成。一个位置区是广播寻呼消息以便找到某移动用户的寻呼区域。一个位置区只能属于某一个MSC/VLR。利用位置区识别码（LAI），系统能够区别不同的位置区。 小区：每个小区具有专用的识别码（CGI），它表示网络中一个基本的无线覆盖区域。利用基站识别码BSIC，移动台本身能区分用同样载频的各个小区。,Relation Between Areas in GSM,GSM系统编号计划,3、移动台漫游号码（MSRN） 用于一次呼叫的路由选择。 MSRNCCNSCSN CC国家号 NDC国内目的地号码(用于识别PLMN） SN用户号，用于识别MSC/VLR的地址。 4、临时移动用户识别码（TMSI） 用于保护IMSI码，该号只在本MSC区域有效，其结构可由各电信部门选择，长度不超过4个字节。,5、国际移动台设备识别码（IMEI） 是唯一用来识别移动台终端设备的号码，称作系列号。 IMEITACFACSNRSP TAC型号论证码 FAC最终装配码，用于识别制造厂家。 SNR序号 SP备用 6、位置区识别码（LAI） LAI代表MSC业务区的不同位置区，用于移动用户的位置更新。 LAIMCCMNCLAC MCC移动国家号，识别一个国家 MNC移动网号，识别国内的GSM网 LAC位置区号码，识别一个GSM网中的位置,8、基站识别码（BSIC） BSICNCCBCC NCC国家色码，用于识别GSM移动网 BCC基站色码，用于识别基站,下例是一个秦皇岛的固定电话用户拨打秦皇岛的一个移动用 户的呼叫接续过程中各种识别码的应用过程。 1、主叫拨号。秦皇岛市话用户A拨打秦皇岛GSM用户B的 MSISDN号码，PSTN网络的交换机分析MSISDN号码，得 知B用户为移动用户，它把呼叫转到GSM网络上距它最近 的一个具有入口功能的移动业务交换中心GMSC。 2、GMSC分析被叫号码。GMSC分析该号码为秦皇岛位 置寄存器HLR的用户后将MSISDN号码送至秦皇岛HLR，要求 查询有关该被叫用户目前所在的位置信息。 3、HLR申请漫游号码MSRN。HLR把MSISDN号码转换 成IMSI后查出用户目前处于哪个MSC并将该IMSI发至该MSC， 向该MSC申请分配一个漫游号码。 4、选定漫游号码MSRN。MSC收到IMSI后临时给被叫用 户B分配一个漫游号码并将此号码送回HLR，再由HLR发给 GMSC使用。,5、连接呼叫至被叫所在的MSC。GMSC收到MSRN后， 用此号码选择一条出中继路由至MSC。MSC将负责本次呼叫 的建立和计费功能。 6、令被叫所在位置区内的所有基站发寻呼信息。MSC 发出寻呼命令到MS所在位置区内的所有无线基站，再由基站 向被叫用户B发呼叫信号。 7、基站寻呼被叫用户B。基站收到寻呼命令后，将该寻呼 消息（含有MS的IMSI）通过无线控制信道发射。MS接收到寻 呼后向基站发回响应信号。 8、呼叫连接。MS响应信号经BTS、BSC送回MSC，经鉴 权、设备识别后认为合法，则令BSC给该MS分配一条TCH， 接通MSC至BSC的路由，并向主叫送回铃音，向被叫振铃。 当被叫摘机应答，则系统开始计费。,移动台的状态,1、移动台关机 这种状态下MS不能应答寻呼消息，网络不 能达到MS。同时它也不能通知网络其所处的位置 区的变化。此时MS被认为是“分离”状态。 2、移动台开机，空闲状态 这种状态下，系统可以成功地寻呼MS，MS被 认为是“附着”。当MS移动时，能够通过测试检查， MS连接到接收性能最好的BCCH载波上，MS还必须 通知网络其位置区的变化，即位置更新。 3、移动台忙 在这时，网络分配给MS一个业务信道传送话音或 数据，当MS移动时它必须有能力进行定位和切换。,几种业务过程,漫游：移动中的移动台由于接收质量的原因， 通过空中接口不时地改变与网络的连接，这种能力称为漫游。 位置更新：移动中的移动台从一个位置区移动至另一个位置区时，需要向系统登记其位置的变化信息，这个过程称为位置更新。 切换：在移动台通话期间，移动台从一个小区移动至另一个小区的过程称为切换。,漫游,位置更新（ Location Updating） 正常位置更新（ Normal) 周期性位置更新（ Periodic ) 用户关机（ IMSI Detach) 用户开机（ IMSI Attach),正常位置更新,正常位置更新过程: 1、MS在新的小区内读到其BCCH上的信息，找到该小区的LAI，该LAI与MS内所存的LAI进行比较，当两者不一致时，需进行位置更新。 2、MS通过RACH向系统发出接入申请，通过申请到的SDCCH建立与网络的联系。 3、MS经SDCCH向系统发出位置更新请示。 4、新的LAI与旧的LAI属于同一MSC/VLR时，位置更新在该MSC内完成，MSC仅需在VLR中对该MS的位置信息进行修改。 5、位置更新被系统认可，MS、RBS被通知释放所占用的信令信道。,周期性位置更新,当MS向网络发送“IMSI分离”消息时，因无线链路质量差，系统有可能不能正确译出信息，没有证实消息发送给MS，之后MS也没有再发分离信号，因此系统仍认为MS处于附着状态，为解决这一问题，系统采取了强制登记措施，要求MS每过一定周期要登记一次，这叫周期性登记。 若系统没有接收到某MS的周期性登记信息。它所处的VLR就以“分离”在此MS上做标记，称“隐分离”。,用户开关机,第一次登记：由于MS第一次被使用，所以MSC/VLR 没有此MS的任何信息，若MS发现当前的LAI码与SIM中的不同，MS接入系统要求登记，MSC/VLR登记该MS的位置信息并将该请求往HLR记录，MSC/VLR对该MS作“附着”标记，这时这个MS被 激活。 用户关机：一个激活状态的MS标有“附着”（IMSI标志）标记，关机时，MS向网络发送最后一务消息，其中包括分离处理请求，MSC/VLR接收到“分离”消息后，就在该MS对应的IMSI上作“分离”标记。,鉴权,下列情况需先经过鉴权 移动台呼出及呼入 移动台位置登记、位置更新 移动台补充业务的登记、使用、删除,鉴权过程,1、用户购机入网时，电信部门将IMSI号和用户鉴权键Ki一起分配给用户。 同时，该用户的IMSI和Ki存入AUC。 2、在AUC鉴权中心按下步骤产生一个用于鉴权和加密的三参数组。 1）产生一个不可预测的随机数RAND。 2）以IMSI、Ki和RAND为输入参数由两个不同的算法电路（A8和A3） 计算出密钥Kc和符号响应SRES。 3）将RAND、SRES、Kc组成一个三参数组送往HLR作为今后为该用户 鉴权时使用。 3、HLR自动存储110组每个用户的三参数组，并在MSC/VLR需要时传 给它。而在MSC/VLR中也为每个用户存储17组这样的三参数组。 这样做的目的是减少MSC/VLR与HLR、AUC之间信号传送的频次。 4、在呼叫处理过程中，MSC向需被鉴权的移动台发送一组参数中的RAND 号码，移动台据此再加上要身SIM卡内存储的IMSI和Ki作为A3鉴权运算 电路的输入信号，算出鉴权的符号响应SRES并将其送回MSC/VLR。 5、MSC将原参数组中由AUC算出的SRES与移动台返回的SRES比较，若相 同，则认为合法，允许接入，否则为不合法，拒绝为其服务。,秦皇岛本地网配置为三个MSC、五个BSC、两个HLR、二个GMSC。MSC1下带BSC1、BSC2，MSC2下带BSC3, MSC3下带BSC4、BSC5。GMSC1、GMSC2负责到网通、联通、铁通、电信、移动互联网及专网等的话务汇接。 交换网络拓扑结构需按照话路和信令组织结构分别介绍。,秦皇岛话务结构图,MSC均有直达话路中继分别通向TSB1、TSB2 ，完成本地区移动用户网异地移动用户的呼叫，以及外地移动用户拨打本地移动用户的呼叫。 GMSC均有直达中继分别和TSB1、TSB2相连，完成本地其他网用户拨打异地移动用户的呼叫，以及异地移动用户的IP电话的长途来话呼叫。 秦皇岛本地3个MSC和GMSC1、GMSC2之间均有话路连接，GMSC作为本地移动拨打外网用户的汇接中心，将本地区内移动用户拨打其他网用户的呼叫，分别送到其他网相应的关口局。 秦皇岛本地3个MSC之间两两互连，完成本地区内移动用户之间的呼叫。,秦皇岛信令结构图,MSC均有直达信令分别和本地的HLR1和HLR2相连，完成本区用户拨打本地用户时查询HLR的需要。 TSL1/TSL2作为北部的二级信令转接点，本地MSC/HLR/GMSC和其他地市及其他省市的信令均由TSL1/TSL2转接完成。 GMSC和MSC之间有直达信令，和HLR之间有直达信令。,GSM的呼叫处理原理及流程,在所有电话网络中建立两个用户始呼和被呼之间的连接是通信的最基本的任务。为了完成这一任务，网络必须完成一系列的操作，诸如识别被叫用户、定位用户所在的位置、建立网络到用户的路由连接并维持所建立的连接直至两用户通话结束。最后当用户通话结束时，网络要拆除所建立的连接。,MO,MT,手机按SEND键后则手机的MSISDN、IMSI和被叫号码均通过无线信道经BTS、BSC送到MSC。 MSC经过号码分析，为固定网用户，则通过信令方式将呼叫送到GMSC。 GMSC在进行号码分析为中国网通用户，则将呼叫送到网通关口局。 网通交换机向被叫用户送振铃音(被叫用户在正常状态下)，同时通过网通关口局、GMSC、MSC等给MS回铃音。 用户摘机，振铃音、回铃音停止，开始通话。,手机按SEND键后则手机的MSISDN、IMSI和被叫号码均通过无线信道经BTS、BSC 送到MSC。 MSC经过号码分析，为秦皇岛本地用户，则通过秦皇岛HLR向被叫所在MSC要MSRN。 待返回MSRN号后，交换机根据MSRN号建立话路。 用户摘机，振铃