GSM系统结构与接口安全
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GSM基础知识
CDMA
QPSK
TD-SCDMA
TDD
CDMA
QPSK、8PSK(2Mbps)、16QAM(HSDPA)
GSM的双工方式为FDD，即在一个时刻内，上下行信号发射链路采用两个不同频点。
TD-SCDMA的双工方式为TDD，即在一个频点上，上下行信号发射链路采用两个不同时刻。
GSM的多址方式为TDMA，即不同用户利用同一频点在不同时刻各自独立的发送接收信号。
基带跳频：将话音信号随时间的变换使用不同频率的发射机发射。
射频跳频：又称合成器跳频，话音信号使用固定的发射机，在一定跳频序列的控制下，频率合成器合成不同的频率来进行发射。（BCCH频点不参与跳频）
4.网络协议结构
GSM网络协议结构
GSM协议分层结构
1.接入层AS
L1G：无线接口的最低层，属于层1。它提供传送比特流所需的物理链路（例如无线链路），为高层提供各种不同功能的逻辑信道，包括业务信道和逻辑信道，每个逻辑信道有它自己的服务接入点
联通
ARFCN
上行
下行
带宽
EGSM 900
96~124
909.2 ~914.8MHz
954.2 ~ 959.8MHz
6M
DCS1800
662~736
1740.2~ 1755MHz
1835.2~ 1850MHz
15M
DCS1800频段，联通最初的频点规划是687 ~ 736，带宽10M；现在全国扩展了5M，为15M；个别地区（北京、广东、上海）扩展了10M，为20M。
EGSM对应频道号分为两个部分
880.2MHz ~889.8MHz的频道号为975 ~ 1023，共49个频道
890.0MHz ~ 914.8MHz的频道号为0 ~ 124，共125个频道
QPSK
TD-SCDMA
TDD
CDMA
QPSK、8PSK(2Mbps)、16QAM(HSDPA)
GSM的双工方式为FDD，即在一个时刻内，上下行信号发射链路采用两个不同频点。
TD-SCDMA的双工方式为TDD，即在一个频点上，上下行信号发射链路采用两个不同时刻。
GSM的多址方式为TDMA，即不同用户利用同一频点在不同时刻各自独立的发送接收信号。
基带跳频：将话音信号随时间的变换使用不同频率的发射机发射。
射频跳频：又称合成器跳频，话音信号使用固定的发射机，在一定跳频序列的控制下，频率合成器合成不同的频率来进行发射。（BCCH频点不参与跳频）
4.网络协议结构
GSM网络协议结构
GSM协议分层结构
1.接入层AS
L1G：无线接口的最低层，属于层1。它提供传送比特流所需的物理链路（例如无线链路），为高层提供各种不同功能的逻辑信道，包括业务信道和逻辑信道，每个逻辑信道有它自己的服务接入点
联通
ARFCN
上行
下行
带宽
EGSM 900
96~124
909.2 ~914.8MHz
954.2 ~ 959.8MHz
6M
DCS1800
662~736
1740.2~ 1755MHz
1835.2~ 1850MHz
15M
DCS1800频段，联通最初的频点规划是687 ~ 736，带宽10M；现在全国扩展了5M，为15M；个别地区（北京、广东、上海）扩展了10M，为20M。
EGSM对应频道号分为两个部分
880.2MHz ~889.8MHz的频道号为975 ~ 1023，共49个频道
890.0MHz ~ 914.8MHz的频道号为0 ~ 124，共125个频道
GSM概述
1.GSM系统由几个分系统组成，各分系统之间由标准化接 口方案，保证不同厂商生产的不同设备可以互联。 2.GSM系统不仅仅局限于话音业务。 3.GSM系统采用FDMA/TDMA及跳频的复用方式，频带 利用率高。 4.GSM系统有较强的鉴权和加密功能，可确保用户的安全 需求。 5.GSM抗干扰能力强，通信质量高。
专门用于操作维护的设备成为操作维护中心OMC， GSM系统的每一个组成部分都可连接到OMC，从 而实现集中维护。
GSM系统结构与组成
GSM系统框图
GSM系统的业务
与模拟蜂窝网络相比，除普通电话呼叫外还提供 了多种业务。 GSM系统提供的业务分为三大类： 电信业务 承载业务 补充业务
GSM系统的业务 传 真 邮 件
GSM系统名称的由来
也就是说，TACS系统的终端不能接入NMT网， NMT终端也不能接入TACS网。
GSM系统名称的由来
欧洲电信管理部门（CEPT）成立了“GSM移动 特别小组”，这就是GSM名称的由来。来制定统 一标准。 随着二代移动通信的发展，GSM逐步成为泛欧数 字蜂窝移动通信的代名词。 GSM重新命名为“Global System for Mobile”
GSM系统的特点
GSM与IS-95 CDMA比较
标准化程度 技术先进性 设备成熟性 业务 容量 终端设备 话音质量 GSM 标准化程度高，具有开放的 A 接口和人机接口 在 无 线 技 术 是 80 年 代 的 技 术，是各厂家妥协的产物 设备供应商多 在业务方面有一定优势，如智 能业务和国际漫游等 频率利用率低，相同频率资源 下无线网络容量小 终端设备种类丰富 实现了机卡分离 引入 EFR 之前，话音编码技术 落后 IS-95 CDMA 标准化程度较差， 无线技术有一定的先进性 设备供应商较少 在数据业务方面有一定优势 频谱利用率高，无线网络容量 大 分离的手机全面上市要到 2001 年之后 与 GSM 引入 EFR 之后的话音质 量基本相当
专门用于操作维护的设备成为操作维护中心OMC， GSM系统的每一个组成部分都可连接到OMC，从 而实现集中维护。
GSM系统结构与组成
GSM系统框图
GSM系统的业务
与模拟蜂窝网络相比，除普通电话呼叫外还提供 了多种业务。 GSM系统提供的业务分为三大类： 电信业务 承载业务 补充业务
GSM系统的业务 传 真 邮 件
GSM系统名称的由来
也就是说，TACS系统的终端不能接入NMT网， NMT终端也不能接入TACS网。
GSM系统名称的由来
欧洲电信管理部门（CEPT）成立了“GSM移动 特别小组”，这就是GSM名称的由来。来制定统 一标准。 随着二代移动通信的发展，GSM逐步成为泛欧数 字蜂窝移动通信的代名词。 GSM重新命名为“Global System for Mobile”
GSM系统的特点
GSM与IS-95 CDMA比较
标准化程度 技术先进性 设备成熟性 业务 容量 终端设备 话音质量 GSM 标准化程度高，具有开放的 A 接口和人机接口 在 无 线 技 术 是 80 年 代 的 技 术，是各厂家妥协的产物 设备供应商多 在业务方面有一定优势，如智 能业务和国际漫游等 频率利用率低，相同频率资源 下无线网络容量小 终端设备种类丰富 实现了机卡分离 引入 EFR 之前，话音编码技术 落后 IS-95 CDMA 标准化程度较差， 无线技术有一定的先进性 设备供应商较少 在数据业务方面有一定优势 频谱利用率高，无线网络容量 大 分离的手机全面上市要到 2001 年之后 与 GSM 引入 EFR 之后的话音质 量基本相当
GSM技术简介
D网和G网的不同点
• 无线电波传播规律不同
– DCS-1800的频率较高，无线基站的密度要 比G网高，蜂窝半径相对要小 – 手机的输出功率不同 – 抗干扰性能不同
采用GSM900／1800双频系统
• 除射频部分外，两系统具有基本相同的软硬件结构 • 两网络拓扑结构相同，可共用MSC、HLR、BSC及 OMC • 两网络可共用站址 • 虽然电波的传播特性不尽相同，但无线频率规划方法 及工具却基本相同 • GSM1800无线覆盖范围小，小区半径小，覆盖相同的 区域需要较多基站，因此提高了单位面积的网络容量 • 由于两者原理与系统结构相同，可以节约网络运行维 护及人员培训费用。
– 广播控制信道（BCCH）
• 传输通用信息，用于移动台测量信号强度和识别小区标志 等。
公共控制信道（CCCH）
• 用途是在呼叫接续阶段，传输链路连接所需要 的控制信令与信息
– 寻呼信道（PCH）
• 传输基站寻呼移动台的信息 • 下行信道，点对多点方式
– 随机接入信道（RACH）
• 移动台申请入网时，向基站发送入网请求信息 • 上行信道，点对点方式
– 发射机 – 接收机 – 支持各种小区结构（如全向、扇形、星状和链状） 所需要的天线 – 连接基站控制器的接口电路 – 收发台本身所需要的检测和控制装置
基站控制台BSC
• 具有对多个BTS进行控制的功能 • 主要功能是进行
– – – – – – 无线信道管理 小区配置数据管理 定位 实施呼叫 通信链路的建立和拆除 切换
– 全速率话音业务信道（TCH/FS） – 半速率话音业务信道（TCH/HS）
• 数据业务信道
– 全速率数据业务信道 – 半速率数据业务信道
广播信道（BCH）
GSMDBS3900硬件结构与原理
电源模块
为整个基站系统提供稳定的电力 供应。
时隙分复用
时隙分复用是一种通过将时间切分为多个时隙，实现多个用户在同一频段 上同时通信的技术。
SDH光接口
1 可靠性
SDH光接口提供高可靠性的光纤传输，确保数据的安全和稳定。
2 速度
它支持高速数据传输，满足复杂通信需求的延迟要求。
3 灵活性
SDH光接口可以根据需求进行灵活配置，适应不同的通信环境。
接口是一种基于时间的多路复用技
优势
2
术，能够同时传输多个通信信号。
它具有高带宽利用率、低时延和良好的
抗干扰能力。
3
应用
TDM接口广泛应用于电话网络、数据通 信和广播电视等领域。
E1 接口
定义
优势
E1接口是一种数字传输接口，用 于在通信系统中传输语音和数据。
E1接口具有高质量、可靠性和灵 活性，适用于多种通信需求。
应用
E1接口广泛应用于电话交换机、 数据传输和语音通信等领域。
外部电路连接
外部设备 天线 电源 输入输出设备
连接端口 RF端口 电源接口 多功能接口
射频连接
天线系统
负责接收和发送信号，连接 用户设备和基站系统。
馈线
将从天线接收到的信号传输 到基站系统。
射频连接器
连接天线系统和馈线，保证 信号传输的质量和稳定性。
GSMDBS3900硬件结构与 原理
GSMDBS3900是一种先进的移动通信基站设备，本节课程将介绍它的硬件结构 与原理。
介绍GSMDBS3900
高效与稳定
GSMDBS3900采用先进的技术和算法，提供高效 和稳定的通信服务。
可扩展性
GSMDBS3900可以根据需求进行灵活的扩展，适 应不断变化的业务需求。
02-GSM基础知识普及
三个数字， MCC：Mobile Country Code，移动国家码，三个数字，如中国 为 460. MNC： Code，移动网号，两个数字， MNC：Mobile Network Code，移动网号，两个数字，如中国移 动的MNC MNC为 动的MNC为00. MSIN： Number， MSIN：Mobile Subscriber Identification Number，在某一 PLMN内MS唯一的识别码 编码格式为： 唯一的识别码. PLMN内MS唯一的识别码.编码格式为：H1 H2 H3 S XXXXXX NMSI： Identification， NMSI：National Mobile Subscriber Identification，在某一 国家内MS唯一的识别码. MS唯一的识别码 国家内MS唯一的识别码.
编号计划
在GSM系统中，出于识别的目的，定义了如下的一些编号： 为了确定GSM移动用户： 永久性编码： IMSI MSISDN 临时性编码： LMSI TMSI MSRN HON
编号计划
为了识别NSS网络组件： MSC Number VLR Number HLR Number 为了识别位置区： LAI 为了识别BSS网络组件： CGI BSIC
HLR的功能 HLR的功能
归属用户位置寄存器(HLR)是GSM系统的中央数据库，存储该 HLR控制的所有存在的移动用户的相关信息. 所有移动用户的重要数据都存储在HLR中.包括用户识别号码， 访问能力、用户类别和补充业务等数据，HLR也存储部分漫游 移动用户所在MSC区域的有关动态数据.
AUC的功能 AUC的功能
主要接口（Um接口） 接口） 主要接口（Um接口
Um 接口（空中接口）定义为移动台与基站收发信台（BTS） 之间的通信接口，用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互 通. 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，移动性管理和接续管理等.
编号计划
在GSM系统中，出于识别的目的，定义了如下的一些编号： 为了确定GSM移动用户： 永久性编码： IMSI MSISDN 临时性编码： LMSI TMSI MSRN HON
编号计划
为了识别NSS网络组件： MSC Number VLR Number HLR Number 为了识别位置区： LAI 为了识别BSS网络组件： CGI BSIC
HLR的功能 HLR的功能
归属用户位置寄存器(HLR)是GSM系统的中央数据库，存储该 HLR控制的所有存在的移动用户的相关信息. 所有移动用户的重要数据都存储在HLR中.包括用户识别号码， 访问能力、用户类别和补充业务等数据，HLR也存储部分漫游 移动用户所在MSC区域的有关动态数据.
AUC的功能 AUC的功能
主要接口（Um接口） 接口） 主要接口（Um接口
Um 接口（空中接口）定义为移动台与基站收发信台（BTS） 之间的通信接口，用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互 通. 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，移动性管理和接续管理等.
GSM网络简介
2004年8月27日 郑州移动公司工程部 徐贵全
MSC交换机
2004年8月27日
郑州移动公司工程部 徐贵全
MSC交换机
• 负责为手机与手机， 手机与固定电话之间 进行通信提供电路。
2004年8月27日
郑州移动公司工程部 徐贵全
HLR
2004年8月27日
郑州移动公司工程部 徐贵全
NSS网络交换子系统各部分的作用
用户识别模块（SIM）
• 从用户的角度，第一个且最 重要的数据库是在手机内的， 即用户识别模块（SIM卡）。 SIM卡可以从手中取出，并插 入另一个手机。SIM卡有一个 镶嵌在卡上的很小的存储装 置，它包含了用户的识别号 码，申请的业务目录和适用 的网络。当用户申请业务加 入网络时，由本地运营者签 发SIM卡。
2004年8月27日
郑州移动公司工程部 徐贵全
BSC 基站控制器
• 对基站进行管理和控 制、分担交换机的工 作量
2004年8月27日
郑州移动公司工程部 徐贵全
BTS基站
Insite
• 为手机用户 提供接入 GSM网络, 即给手机用 户提供无线 信道。
Metr osite Prim esite
OUTDOOR
2004年8月27日
郑州移动公司工程部 徐贵全
拜访位置寄存器（VLR）
• 现在新用户在一个由本 地运营者提供的网络服 务区开机。该区域通过 空中接口连到被称为拜 访位置寄存器（VLR） 的数据库。在VLR中， 用户数据被暂时存储。 当用户移动到另一VLR 区域时，用户数据将从 旧的VLR中删除，并存 储到新的VLR中。
2004年8月27日
郑州移动公司工程部 徐贵全
郑州公司移动通信系统 发展概况
MSC交换机
2004年8月27日
郑州移动公司工程部 徐贵全
MSC交换机
• 负责为手机与手机， 手机与固定电话之间 进行通信提供电路。
2004年8月27日
郑州移动公司工程部 徐贵全
HLR
2004年8月27日
郑州移动公司工程部 徐贵全
NSS网络交换子系统各部分的作用
用户识别模块（SIM）
• 从用户的角度，第一个且最 重要的数据库是在手机内的， 即用户识别模块（SIM卡）。 SIM卡可以从手中取出，并插 入另一个手机。SIM卡有一个 镶嵌在卡上的很小的存储装 置，它包含了用户的识别号 码，申请的业务目录和适用 的网络。当用户申请业务加 入网络时，由本地运营者签 发SIM卡。
2004年8月27日
郑州移动公司工程部 徐贵全
BSC 基站控制器
• 对基站进行管理和控 制、分担交换机的工 作量
2004年8月27日
郑州移动公司工程部 徐贵全
BTS基站
Insite
• 为手机用户 提供接入 GSM网络, 即给手机用 户提供无线 信道。
Metr osite Prim esite
OUTDOOR
2004年8月27日
郑州移动公司工程部 徐贵全
拜访位置寄存器（VLR）
• 现在新用户在一个由本 地运营者提供的网络服 务区开机。该区域通过 空中接口连到被称为拜 访位置寄存器（VLR） 的数据库。在VLR中， 用户数据被暂时存储。 当用户移动到另一VLR 区域时，用户数据将从 旧的VLR中删除，并存 储到新的VLR中。
2004年8月27日
郑州移动公司工程部 徐贵全
郑州公司移动通信系统 发展概况
第六讲GSM系统组成(一)
第六讲 GSM系统组成（一）
主要内容
GSM系统结构 GSM系统主体部分 GSM系统接口
2
GSM系统结构
GSM系统结构
MS BTS
HLR / AUC
E IR
MSC / VLR
DCS180 0 MS
Um
GSM
BTS Abis
No .7 BSSAP
No .7 MAP
A BSC
X.25
OMC
MSC / VLR
13
基站子系统(BSS)
2) 基站控制器(BSC, Base Station Control) BSC在BSS子系统内充当控制器和话务集中器, 它主要
负责管理BTS, 而且当BSC与MSC之间的信道阻塞时, 由它进 行指示。BSC同时具有对各种信道的资源管理、小区配置的 数据管理、操作维护、 观察测量和统计、功率控制、切换及 定位等功能, 是一个很强的功能实体。
9
网络交换子系统(NSS)
3) 归属位置寄存器(HLR, Home Location Register) HLR是GSM系统的中央数据库, 主要存储着管理部门用
于移动用户管理的相关数据, 具体包括两类信息: 一是有关 用户的参数, 即该用户的相关静态数据, 包括移动用户识别 号码、 访问能力、用户类别和补充业务等; 二是有关用户 目前所处状态的信息, 即用户的有关动态数据, 如用户位置 更新信息或漫游用户所在的MSC/VLR地址及分配给用户 的补充业务等。 每个移动用户都应在其HLR处注册登记。 HLR可以与MSC/VLR一一对应, 也可以一个HLR控制若干 个MSC/VLR或整个区域的移动网。
14
移动台(MS)
1) 移动终端(MT, Mobile Terminal) 移动终端就是“机”, 它是移动台的主体, 是完成语
主要内容
GSM系统结构 GSM系统主体部分 GSM系统接口
2
GSM系统结构
GSM系统结构
MS BTS
HLR / AUC
E IR
MSC / VLR
DCS180 0 MS
Um
GSM
BTS Abis
No .7 BSSAP
No .7 MAP
A BSC
X.25
OMC
MSC / VLR
13
基站子系统(BSS)
2) 基站控制器(BSC, Base Station Control) BSC在BSS子系统内充当控制器和话务集中器, 它主要
负责管理BTS, 而且当BSC与MSC之间的信道阻塞时, 由它进 行指示。BSC同时具有对各种信道的资源管理、小区配置的 数据管理、操作维护、 观察测量和统计、功率控制、切换及 定位等功能, 是一个很强的功能实体。
9
网络交换子系统(NSS)
3) 归属位置寄存器(HLR, Home Location Register) HLR是GSM系统的中央数据库, 主要存储着管理部门用
于移动用户管理的相关数据, 具体包括两类信息: 一是有关 用户的参数, 即该用户的相关静态数据, 包括移动用户识别 号码、 访问能力、用户类别和补充业务等; 二是有关用户 目前所处状态的信息, 即用户的有关动态数据, 如用户位置 更新信息或漫游用户所在的MSC/VLR地址及分配给用户 的补充业务等。 每个移动用户都应在其HLR处注册登记。 HLR可以与MSC/VLR一一对应, 也可以一个HLR控制若干 个MSC/VLR或整个区域的移动网。
14
移动台(MS)
1) 移动终端(MT, Mobile Terminal) 移动终端就是“机”, 它是移动台的主体, 是完成语
GSM概述
Air A
EIR Security Management
AC
Security Management Subscriber Data and Service Handling Statistics Mobility Management
HLR
MSC VLR
O&M
MSC: Call Control MSC: BSS (Radio Network) Control MSC: Network Inter Working MSC: Charging MSC: Statistics MSC: Interface Signalling A & PSTN VLR: Subscriber Data and Service Handling VLR: Mobility Management VLR: Security Management
GSM 概述
• GSM概念
• GSM简史 • 安溪全网概况 • GSM 技术特点 • GSM 网络结构 • GSM的发展
• GSM概念
• GSM简史 • 安溪全网概况 • GSM 技术特点 • GSM 网络结构 • GSM的发展
GSM是全球移动通信系统的缩写
Global System for Mobile communication
GSM也是移动通信特别小组的英文缩写 Group Special Mobile GSM是被全球广泛接受的数字蜂窝移 动通信标准
• GSM概念 • GSM简史 • 安溪全网概况 • GSM 技术特点 • GSM 网络结构 • GSM的发展
GSM的主要发展过程 1. 1982年欧洲邮电行政大会CEPT设立了“移动 通信特别小组”即GSM
• GSM概念 • GSM简史 • 全网概况 • GSM 技术特点 • GSM 网络结构 • GSM的发展
EIR Security Management
AC
Security Management Subscriber Data and Service Handling Statistics Mobility Management
HLR
MSC VLR
O&M
MSC: Call Control MSC: BSS (Radio Network) Control MSC: Network Inter Working MSC: Charging MSC: Statistics MSC: Interface Signalling A & PSTN VLR: Subscriber Data and Service Handling VLR: Mobility Management VLR: Security Management
GSM 概述
• GSM概念
• GSM简史 • 安溪全网概况 • GSM 技术特点 • GSM 网络结构 • GSM的发展
• GSM概念
• GSM简史 • 安溪全网概况 • GSM 技术特点 • GSM 网络结构 • GSM的发展
GSM是全球移动通信系统的缩写
Global System for Mobile communication
GSM也是移动通信特别小组的英文缩写 Group Special Mobile GSM是被全球广泛接受的数字蜂窝移 动通信标准
• GSM概念 • GSM简史 • 安溪全网概况 • GSM 技术特点 • GSM 网络结构 • GSM的发展
GSM的主要发展过程 1. 1982年欧洲邮电行政大会CEPT设立了“移动 通信特别小组”即GSM
• GSM概念 • GSM简史 • 全网概况 • GSM 技术特点 • GSM 网络结构 • GSM的发展