GSM通信原理(BSC)

1、华为用户培训中心 MA000004 GSM通信原理（通信原理（BSC）课程内容课程内容1、GSM移动通信概述移动通信概述2、GSM系统结构与接口系统结构与接口3、GSM移动区域与编号计划移动区域与编号计划4、GSM移动通信网组网移动通信网组网5、GSM通信流程通信流程1.GSM移动通信概述移动通信概述1.1 GSM发展简史发展简史1.2 多址技术多址技术1.3 频率复用技术频率复用技术GSM发展简史发展简史1989年，年，GSM标准生效。标准生效。1991年，年，GSM系统在欧洲正式开通运行系统在欧洲正式开通运行，移动通信跨入第二代。，移动通信跨入第二代。1994年，年，GSM进入我国。进入我

2、国。2000年，中国移动用户近年，中国移动用户近4000万，世界万，世界第二，仅次于英国第二，仅次于英国Vodafone公司。公司。多址技术多址技术 多址技术使众多的用户共用公共的通信线路而相多址技术使众多的用户共用公共的通信线路而相互不干扰。互不干扰。常用的方法基本上有三种，即频分多址常用的方法基本上有三种，即频分多址FDMA、时分多址时分多址TDMA和码分多址和码分多址CDMA。GSM系统采用了系统采用了FDMA、TDMA两种方式。两种方式。频分多址频分多址FDMA时间时间频率频率FDMA时分多址时分多址TDMA时间时间频率频率TDMA码分多址码分多址CDMA时间时间频率频率CDMA码码C

3、1C1f1P0f1P0RRC/I=C/I=DD频率复用距离频率复用距离R小区半径小区半径频率复用频率复用频率复用指处在不同位置频率复用指处在不同位置(不同小区不同小区)上的上的用户可以同时使用相同频率的信道。可以用户可以同时使用相同频率的信道。可以极大地提高频谱效率。极大地提高频谱效率。但如果系统设计得不好，将产生严重的干但如果系统设计得不好，将产生严重的干扰。扰。(同频干扰、邻频干扰）同频干扰、邻频干扰）1234123412341K=41111213456711K=7A3A1A2B3B1B2C3C1C2A3A1A2A3A1A2B3B1B2C3C1C2C3C1C2A3A1A2B3B1B2C3C

4、1C2A3A1A2A3A1A2B3B1B2C3C1C2C3C1C2A3A1A2B3B1B2C3C1C2A3A1A2A3A1A2B3B1B2C3C1C2C3C1C2K=33x3小区复用模式小区复用模式小区复用模式小区复用模式GSM最基本的频率复用模式为最基本的频率复用模式为43频率复用频率复用“4”表示表示4个站点，个站点，“3”表示每个站点有表示每个站点有3个小个小区，由这区，由这12个小区组成一个小区群。同一小区个小区组成一个小区群。同一小区群中的不同小区，频率是不同的。群中的不同小区，频率是不同的。189210465371112R2. GSM系统结构与接口系统结构与接口2.1 GSM系统结

5、构与功能系统结构与功能2.2 GSM主要接口主要接口2.1 GSM系统结构与功系统结构与功能能OMCHLR/AUC/EIRSMCMSC/VLRBSC其他MSCBTSMSMSBTSBTSMAP接口A-bis接口A接口PSTNISDN移动台移动台(MS)的功能的功能 移动台由移动台由SIM卡与机身设备组成。卡与机身设备组成。SIM卡上包含所有与用户有关的无线接口一侧的卡上包含所有与用户有关的无线接口一侧的信息，也含有鉴权和加密实现的信息。信息，也含有鉴权和加密实现的信息。 固化数据：固化数据：IMSI、Ki、安全算法、安全算法(A3、A8) 临时网络数据：临时网络数据：TMSI、LAI、KC 业务

6、相关数据：业务相关数据：PIN(个人识别号个人识别号)、PUK机身设备可以是手持机，车载台等。机身设备可以是手持机，车载台等。BSC的功能的功能接口管理接口管理BTS-BSC之间的信道管理之间的信道管理操作与维护操作与维护支持呼叫控制支持呼叫控制切换切换话务量统计话务量统计无线链路的测量无线链路的测量无线参数及无线资源管理无线参数及无线资源管理BTS的功能的功能 BTS受控于基站控制器受控于基站控制器(BSC)实现实现BTS与移动台与移动台(MS)空空中接口的功能。中接口的功能。MSC的功能的功能 MSC是整个网络的核心，协调、是整个网络的核心，协调、控制整个控制整个GSM网络中网络中BSS、

7、OSS的各个功能实体。的各个功能实体。接口管理接口管理支持电信业务，承载业务和补支持电信业务，承载业务和补充业务充业务支持位置登记、越区切换和自动支持位置登记、越区切换和自动漫游等其它网络功能。漫游等其它网络功能。VLR的功能的功能 访问用户位置寄存器访问用户位置寄存器(VLR)是服务于其控制区域内移动是服务于其控制区域内移动用户的用户的.它存储着进入其控制区域内它存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息已登记的移动用户相关信息。是一个动态的数据库。是一个动态的数据库HLR的功能的功能 归属用户位置寄存器归属用户位置寄存器(HLR)是是GSM系统的中央数据库，存储该系统的中央数据库，存储

8、该HLR控制的所有存在的移动用户控制的所有存在的移动用户的相关信息。的相关信息。所有移动用户的重要数据都存储所有移动用户的重要数据都存储在在HLR中。包括用户识别号码，中。包括用户识别号码，访问能力、用户类别和补充业务访问能力、用户类别和补充业务等数据，等数据，HLR也存储部分漫游移也存储部分漫游移动用户所在动用户所在MSC区域的有关动态区域的有关动态数据。数据。AUC的功能的功能 鉴权中心鉴权中心(AUC)存储着鉴权存储着鉴权信息和加密密钥，防止无权信息和加密密钥，防止无权用户接入系统和防止无线接用户接入系统和防止无线接口中数据被窃。口中数据被窃。AUC属于属于HLR的一个功能的一个功能单元

9、部分，专用于单元部分，专用于GSM系系统的安全性管理。统的安全性管理。EIR的功能的功能移动设备识别寄存器移动设备识别寄存器(EIR)存储着移动存储着移动设备的国际移动设备识别码设备的国际移动设备识别码(IMEI)，通，通过核查三种表格（白名单、灰名单、黑过核查三种表格（白名单、灰名单、黑名单）使得网络具有防止无权用户接入名单）使得网络具有防止无权用户接入、监视故障设备的运行和保障网络运行、监视故障设备的运行和保障网络运行安全的功能。安全的功能。2.2 BSS侧主要接口侧主要接口A接口、接口、Abis接口和接口和Um接口。接口。其中，其中，A接口、接口、Um接口为开放式接口。接口为开放式接口。

10、MSBTSBSCMSCUm接口接口Abis接口接口A接口接口A接口接口A接口定义为网路子系统（接口定义为网路子系统（NSS）与基站子）与基站子系统（系统（BSS）之间的通信接口）之间的通信接口.其物理链接通过采用标准的其物理链接通过采用标准的2.048Mb/s PCM数字传输链路来实现。数字传输链路来实现。此接口传递的信息包括移动台管理、基站管此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等。理、移动性管理、接续管理等。传输话音和七号信令传输话音和七号信令Abis接口接口Abis 接口定义为基站控制器接口定义为基站控制器(BSC)和基和基站收发信台站收发信台(BTS)之间的通信

11、接口之间的通信接口.物理链接通过采用标准的物理链接通过采用标准的2.048Mb/s 数数字传输链路来实现。字传输链路来实现。采用采用LAPD协议协议Um接口接口Um 接口接口(空中接口空中接口)定义为移动台与基站收定义为移动台与基站收发信台发信台(BTS)之间的无线通信接口。之间的无线通信接口。其物理链接通过无线链路实现。其物理链接通过无线链路实现。传递的信息包括无线资源管理，移动性管传递的信息包括无线资源管理，移动性管理和接续管理等。采用理和接续管理等。采用LAPDm协议协议NSS内部接口内部接口MSCF接口接口EIRHLR/AUCC接口接口B接口接口VLRD接口接口G接口接口VLRB接口接

12、口MSCE接接口口MAP接口接口哈尔滨 沈阳? 天津乌鲁木齐 兰州西安上海武汉 成都 广州拉萨北京北京3.GSM移动区域与编号计移动区域与编号计划划3.1 GSM区域定义区域定义3.2 编号计划编号计划3.1 GSM区域定义区域定义.服务区服务区 PLMN区区MSC区区.MSC区区.位置区位置区.位置区位置区.基站区基站区.基站区基站区.小区小区小区小区. PLMN区区Not more than 15 digits3 digits2 digitsIMSIMCCMNCMSINNMSI3.2 编号计划编号计划IMSIMCC：移动国家码，三个数字，如中国为：移动国家码，三个数字，如中国为 460。M

13、NC：移动网号，两个数字，如中国移动的：移动网号，两个数字，如中国移动的MNC为为00。MSIN：在某一：在某一PLMN内内MS唯一的识别码唯一的识别码,编码格式为编码格式为:H1 H2 H3 SXXXXXXNMSI：在某一国家内：在某一国家内MS唯一识别码。唯一识别码。IMSIIMSI是是GSM系统分配给移动用户系统分配给移动用户(MS)的唯一的唯一的识别号。的识别号。采取采取E.212编码方式。编码方式。存储在存储在SIM卡、卡、HLR和和VLR中，在无线接口及中，在无线接口及MAP接口上传送。接口上传送。 IMSI分配原则：最多包含分配原则：最多包含15个数字个数字(0-9)。例。例:4

14、60002289000168T M S ITMSI是为了加强系统的保密性而在是为了加强系统的保密性而在VLR内分内分配的临时用户识别，在某一配的临时用户识别，在某一VLR区域内与区域内与IMSI唯一对应。唯一对应。TMSI分配原则：分配原则：包含四个字节，可以由八个十六进制数组成，包含四个字节，可以由八个十六进制数组成，其结构可由各运营部门根据当地情况而定。其结构可由各运营部门根据当地情况而定。M SISDNCC： Country Code，国家码，如中国为，国家码，如中国为86。NDC：National Destination Code，国内接入号，如，国内接入号，如139、130等等。等等

15、。SN： Subscriber NumberMSISDN的一般格式为的一般格式为86-139-H0 H1 H2 H3 ABCDCCNDCSNNational (significant)Mobile numberMobile station internationalISDN numberM SISDNMSISDN是指主叫用户为呼叫是指主叫用户为呼叫GSM PLMN中的中的一个移动用户所需拨的号码，作用同于固定网一个移动用户所需拨的号码，作用同于固定网PSTN号码号码采取采取E.164编码方式编码方式存储在存储在HLR和和VLR中，在中，在MAP接口上传送例：接口上传送例/p>

16、M S C-Number/VLR-Number编码格式为编码格式为CC+NDC+LSPCC、NDC含义同含义同MSISDN的规定的规定, LSP (locally significant part) 由运营者自己决定由运营者自己决定E.164编码方式编码方式目前在网上目前在网上MSC与与VLR都是合一的，所以都是合一的，所以MSC-Number与与VLR-Number基本上都是一样基本上都是一样的的M S R N在移动被叫或切换过程中由所在业务区在移动被叫或切换过程中由所在业务区的的MSC/VLR临时分配，用于寻址临时分配，用于寻址VMSC用用采取采取E.164编码方式编码方式编码格式为编码格

17、式为: 在在MSC-Number的后面增加的后面增加几个字节几个字节HLR-Number采取采取E.164编码方式编码方式编码格式为：编码格式为：CC+NDC+H1 H2 H3 0000，即为用户号为全零的，即为用户号为全零的MSISDNCC，NDC含义同含义同MSISDN的规定。的规定。 LAIMCC：Mobile Country Code，移动国家码，中国为，移动国家码，中国为 460。MNC：Mobile Network Code，移动网号，两个数字，移动网号，两个数字， 如中国移动的如中国移动的MNC为为00。LAC：Location Area Code，是，是2个字节长的十六进制个字

18、节长的十六进制BCD码码， 0000与与FFFE不能使用。不能使用。 例例:460008C90在检测位置更新时，要使用位置区识别在检测位置更新时，要使用位置区识别LAI，寻呼移，寻呼移动台是以动台是以LAI为单位进行为单位进行Location Area IdentificationMCCMNCLACC GICGI是所有是所有GSM PLMN中小区的唯一标识，中小区的唯一标识，是在位置区识别是在位置区识别LAI的基础上再加上小区识别的基础上再加上小区识别CI构成的。构成的。编码格式为编码格式为LAI+CICI：Cell Identity, 是是2个字节长的十个字节长的十六进制六进制BCD码，可由

19、运营部门自定码，可由运营部门自定例：例：4600017A728FDBSICNCC-PLMN色码。用来唯一地识别相邻国家不同的色码。用来唯一地识别相邻国家不同的PLMN。 相相邻国家要具体协调邻国家要具体协调NCC的配置。的配置。BCC-BTS色码。用来唯一地识别采用相同载频、相邻的、不同色码。用来唯一地识别采用相同载频、相邻的、不同的的BTS。(取值取值07)例：例：25用于移动台识别相邻的、采用相同载频的、不同的基站用于移动台识别相邻的、采用相同载频的、不同的基站收发信台（收发信台（BTS），特别用于区别在不同国家的边界地），特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载频的相邻区采用相同载频的

20、相邻BTS.基站识别色码基站识别色码BSICNCCBCCIMEITAC-型号批准码，由欧洲型号批准中心分配。型号批准码，由欧洲型号批准中心分配。FAC-最后装配码，表示生产厂家或最后装配所在地，由厂家进行编码最后装配码，表示生产厂家或最后装配所在地，由厂家进行编码SNR-序号码。这个数字的独立序号码唯一地识别每个序号码。这个数字的独立序号码唯一地识别每个TAC和和FAC的每个移的每个移动设备。动设备。SP-备用备用,为为0例：例：490547403767335IMEI唯一地识别一个移动台设备，用于监控被窃或唯一地识别一个移动台设备，用于监控被窃或无效的移动设备无效的移动设备,#06#IMEI（

21、15位数字）位数字）TACSPFACSNR6个数字个数字2个数字个数字6个数字个数字1个数字个数字4.GSM移动通信网组网移动通信网组网4.1 GSM移动通信网络结构移动通信网络结构4.2 GSM移动业务本地网移动业务本地网4.3 GSM省内移动通信网省内移动通信网4.4 GSM信令网结构信令网结构4.5 时钟同步网时钟同步网GSM网络结构网络结构GSM系统业务网结构系统业务网结构DC1TMSC1TMSC1MSCMSCMSCTMSC1 网状网网状网TMSC1TMSC2TMSC2一级移动汇接中心一级移动汇接中心TMSC1二级移动汇接中心二级移动汇接中心TMSC2普通移动交换中心普通移动交换中心M

22、SCGSM系统业务网设置系统业务网设置TMSC1：8大区设一级汇接中心大区设一级汇接中心TMSC1： 北京、上海、沈阳、南京、北京、上海、沈阳、南京、广州、武汉、成都、西安，彼此网状相连。广州、武汉、成都、西安，彼此网状相连。TMSC2：每个省设若干二级汇接中心每个省设若干二级汇接中心TMSC2，彼此网状相连，上连本，彼此网状相连，上连本区区TMSC1，并在可能和必要时与邻大区的，并在可能和必要时与邻大区的 TMSC1相连相连.MSC：按长途区号设移动交换中心按长途区号设移动交换中心MSC作为移动端局。作为移动端局。我国我国GSM业务网结构业务网结构GSM省内移动通信网省内移动通信网省内省内G

23、SM通信网由省内若干移动本地网组成，设若干移动业务汇接中通信网由省内若干移动本地网组成，设若干移动业务汇接中心（即二级汇接中心心（即二级汇接中心TMSC2）。）。TMSC2之间为网状网结构，之间为网状网结构，TMSC2与与MSC之间为星型网结构。之间为星型网结构。TMSC2可以只作汇接中心，也可以既作端局又作汇接中心。可以只作汇接中心，也可以既作端局又作汇接中心。TMSC2/VLRMSC/VLRMSC/VLRMSC/VLRTMSC2/VLR二级汇接中心二级汇接中心(TMSC2)HLRGSM移动业务本地网移动业务本地网原则上按长途区号为原则上按长途区号为2位或位或3位的地区划分；位的地区划分；M

24、S在本地网内的呼叫不收长话费，在本地网内的呼叫不收长话费，MS在本地网在本地网内的移动不收漫游费；内的移动不收漫游费；每个移动本地网应设一个或多个每个移动本地网应设一个或多个HLR和若干个和若干个MSC。移动业务本地网移动业务本地网HLRTMSC2MSC外地外地MSCGWBSCBTSBTSBTSBTSBTS.PSTN关口局关口局TmTSPSTN本地本地PLMNPLMN长途网长途网LSLSGWGWGW/MSC3GW/MSC1GW/MSC2TMSCGSM信令网结构信令网结构高级信令转高级信令转接点接点低级信令低级信令转接点转接点信令点信令点GSM信令网结构信令网结构GSM系统时钟同步网系统时钟同步

25、网C1C2C3C4C5TMSC1TMSC2MSC/VLRHLR/AUCBSC固定网固定网移动网移动网BTS时钟同步要求时钟同步要求112234567891011TMSC1、TMSC2的输入同步基准来自二级的输入同步基准来自二级A类类BITS；MSC/VLR的输入同步基准来自的输入同步基准来自二级二级B类类BITS；HLR/AUC的输入同步基准来自二级的输入同步基准来自二级B类类BITS；MSC/VLR至至BSS间的数字链路兼作同步链间的数字链路兼作同步链路使用；路使用；BSS时钟为三级；时钟为三级；5、GSM通信流程通信流程5.1 位置更新位置更新5.2 切换切换5.3 MS主叫主叫5.4 M

26、S被叫被叫位置更新位置更新 MS开机，收LAI-B 发“位置更新请求” 和 IMSI 或TMSI-A 向MS的HLR发“位置更新请求”和本 MSC/VLR号及MS的IMSI(直接来自MS 或据TMSI-A，向PVLR查询得)NO.7 信令MAP 向MS正访问的 MSC/VLR 回送含该 MS数据的“位置更新接受”消息 记存MS目前正访问 的 MSC/VLR的号码 在VLR中登记该MS数据，对其IMSI作附着标记，分配TMSI 经BSS向该MS回送 位置更新证实 消息 和重新分配的TMSI-B 。 比较LAI-A和LAI-B， 结果不同 改写SIM卡，以 LAI-B替换 LAI-A， TMSI-

27、B替换TMSI-A MS SIM卡 IIMSI MSISDN TMSI-A LAI-A鉴权密钥Ki 业务数据 HLR IMSI MSISDNI漫游地VLR地址 业务数据RAND/SRES/KC至其它MSC/VLR的信令通路AE、GCUm PVLRMS访问本位置区时曾登录的： IMSI MSISDN TMSI-A LAI-A HLR通知MS原访问的 VLR (记PVLR)， 删除该MS的所有登录，即作IMSI分离 由手机发起，分为常规位置更新和强制位置更新由手机发起，分为常规位置更新和强制位置更新 MSC/VLR IMSI MSISDN MSRN LA I-B 业务数据业务数据 BSS切换切换

28、MSC/VLR IMSI MSISDN MSRN LAI-B 业务数据业务数据 MS SIM卡 IIMSI MSISDNI LAI-A鉴权密钥Ki 业务数据 MSC/VLR IMSI MSISDN MSRN LAI-A 业务数据业务数据 BSS BSS BSS BSS MS SIM卡 IIMSI MSISDNI LAI-B鉴权密钥Ki 业务数据 在位置区LAI-A的MS已 建立稳定连接,正通话中 MS 向邻 区移 动 MS对邻近基站 的功率、距离和 话音质量作测量， 将结果回送BTS BTS对测量结果作预 处理后,送BSC计算和 判定是否需要切换 若需要切换， 则向MSC-A 发切换请求 请求

29、MSC-B建立 MS切换到MSC-B 所需的无线通道, 并建立两MSC间的 连接 MSC-A向MS 发切换命令 MS完成到MSC-B的 切换；发切换确认息， 经MSC-B送MSC-A 释放原 先占用 的资源 MSC IMSI MSISDN MSRN LAI 业务数 据 MS拨被叫号，向基站请求随机 接入信道，与MSC/VLR建 立信 令连接 采用NO.7信令用户部分ISDN/TUP， 通过固定网(ISDN/PSTN)或移动网建立 至被叫用户的通路，并向被叫用户振铃 进入ID鉴权程序，请求HLR提供 主叫MS的多套鉴权三元参数组 MSC经基站向MS回送呼 叫证实信号 MSC/VLR IMSI MSISDN MSRN LAI-B 业务数据 BSS MS SIM卡 IMSI MSISDN LAI-B鉴权密钥Ki 业务数据 HLR IMSI MSISDN漫游地VLR