GSM系统网络结构简介
《GSM系统简介》PPT课件_OK
二、GSM系统介绍
1. GSM 系统结构
MS
BTS
BTS
MS
HLR/AUC EIR
MSC/VLR
BSC
SC MSC/VLR
2. GSM系统组成
• 归属位置积存器（HLR）：是负责管理移动用户的数据库，储存 所有它管辖用户的的签约数据和MS的位置信息。
C区可由一个或若干个位置区组成。 • 服务区：在同一PLMN内，移动台可获得服务的区域，即 PLM
N、PSTN 或 ISDN用户无须知道移动台实际位置而可与之通信 的区域，指本PLMN能够提供服务的区域。
2)用户状态
移动台客户状态一般是处于MS(客户)开机(空闲状态)、MS 关机和MS忙三种状态之一。 (1) MS开机，网路对它作“附着”标记 (2) MS关机，从网路中“分离”。 (3) MS忙 无线网路分配给MS一个业务信道传送话音或数据，并在该 客户上标注客户”忙”。
3.GSM网络结构图
MS
MSC
EIR
Um ABis
BTS
BSC
E
F
A
B
MSC
VLRQBiblioteka CDGNMC
HLR
VLR
M
N
SME
AUC
各实体之间的接口及传递的信息
PSTN ISDN PSDN
10
4. GSM系统的接口
• Abis接口：BSC与BTS之间的接口； • A接口：MSC与BSC之间的接口； • C接口：HLR与MSC之间的接口； • D接口：HLR与VLR之间的接口； • E接口：MSC之间的接口； • F接口：MSC与EIR之间的接口； • G接口：VLR之间的接口。
GSM系统概述
课程内容
第一部分 GSM系统发展简史
第二部分 GSM系统结构 GSM网络编号 业务过程 GSM无线参数
第三部分 CME20系统简介
第一部分
GSM系统发展简史
通信系统的发展
1G：表示第一代移动通信技术。如现在已淘汰的模拟 移动网。
2G：表示第二代移动通信技术。代表为GSM。以数字 语音传输技术为核心。
小区:一个基站区划分为若干个小区,它是网络 中一个基本的无线覆盖的区域.由小区识别码 (CGI)识别位置区内的小区.
小区简介
目前的移动通信系统一般采用小区制,即将整个 网络划分为若干小区,每个小区用以负责本小区 移动通信的联络和控制等功能.因此移动网络的 覆盖区可以看成是由若干正六边行的无线小区 相互领接而构成的面状服务区,.由于这种服务 区的形状很像蜂窝,便将这种系统称之为蜂窝式 移动通信系统,与之相对应的网络称之为蜂窝式 网络。
GSM系统各功能实体之间的接口定义明确,GSM 规范对各接口所使用的分层协议也作了详细的 定义,通过各个接口相互传递有关的消息用不同 形式的物理连路，完成各自特定的功能,传递各 自特定的信息,这些都由相应的信令协议来实现.
GSM系统的接口
BSS与MS之间的接口为“Um”接口 BTS与BSC之间的接口为“A-bis”接口 BSC与MSC之间的接口为“A”接口 MSC和VLR之间的接口为“B”接口 MSC和HLR之间的接口为“C”接口 HLR和VLR之间的接口为“D”接口 MSC之间的接口为“E”接口 MSC和EIR之间的接口为“F”接口 VLR之间的接口为“G”接口
一套完整的蜂窝移动通信系统主要是有: 交换网络子系统(SS) 无线基站子系统(BSS) 移动台(MS) 操作维护子系统(OMC)
GSM系统结构与功能描述
GSM系统结构与功能
移动台（MS）的功能
移动台由 SIM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信息，也含有鉴权和加密实现的信息。
固化数据：IMSI、KI、安全算法（A3、A8）
临时网络数据：TMSI、LAI、KC
业务相关数据：PIN（个人识别号）、PUK
★机身设备可以是手持机，车载台等。
BSC的功能
●接口管理
●BTS的管理
●无线参数及无线资源管理
●无线链路的测量
●话务量统计
●切换
●支持呼叫控制
●操作与维护
BTS的功能
●BTS受控于BSC
●实现BTS与移动台（MS）空中接口的功能
MSC的功能
●接口管理
●支持电信业务，承载业务和补充业务
●支持位置登记、越区切换和自动漫游等其它网络功能
VLR的功能
●服务于其控制区域内移动用户
●存储进入其控制区域内登记的移动用户相关信息
HLR的功能
●GSM系统的中央数据库
●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，以及漫游移动用户所在MSC区域的所有动态数据
AUC的功能
●属于HLR的一个功能单元部分，专用于GSM系统的安全性管
理
●存储鉴权信息和加密密钥，防止无权用户接入系统和防止无
线接口中数据被窃
EIR的功能
●存储移动设备的国际移动设备识别码（IMEI），通过核查三种
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、监视故障设备的运行和保障网络运行安全的功能。
GSM基础知识
GSM基础知识1、GSM系统网络结构MS：移动台BTS：基站收发信台BSC：基站控制器TC：码型转换器MSC：移动交换中心VLR：拜访位置寄存器HLR：归属位置寄存器EIR：设备识别寄存器AUC：鉴权中心2、GSM频段：上行：（900M ）890-915MHZ （1800M）1710-1785 MHZ下行：（900M ）935-960MHZ （1800M）1805-1880 MHZGSM900M：频率带宽25M，双工间隔45M。
DCS1800M：频率带宽75M，双工间隔95M。
中国移动使用：1-95号频点绝对频点号和频道标称中心频度的关系为：F（N）=890MHZ+N0.2MHZ（下行）N=1-124上行=下行+45MHZF（N）=1710.2MHZ+（N-512）0.2MHZ（下行）N=512-885上行=下行+95MHZGSM频道间隔为200KHZ，每个频点采用时分多址（TDMA）方式，分为8个时隙，既8个信道（全速率）。
3、GSM系统按其功能，分为4个子系统：MS、BSS、NSS、OSS4、GSM系统的多址方式：FDMA、TDMA5、GSM系统无线接口的最小传输单位是Burst，GSM系统调制方式为：GMSK，GSM系统采用的编码方案是13KBIT/S的RPE--LTP编码(规则脉冲激励,长期预测编码)6、TDMA信道GSM中的信道分为物理信道和逻辑信道。
逻辑信道分为业务信道（TCH）和控制信道（CCH）业务信道分为语音业务信道（TCH/F、TCH/S）数据业务信道（TCH/9。
6等）控制信道（CCH）分为：广播信道（BCH）、公共控制信道（CCCH）、专用控制信道（DCCH）广播信道（BCH）：BCCH、FCCH、SCH公共控制信道（CCCH）：RACH、PCH、AGCH专用控制信道（DCCH）：SDCCH、SACCH、FACCH6、GSM系统的分集接收包括空间分集、时间分集、频率分集和极化分集7、TA的意思为时间提前量，目的是保证BTS和MS工作在同一时隙内。
GSM网络的结构
GSM网络的结构4.1 全国GSM移动通信网的网路结构全国GSM移动电话网按大区设立一级汇接中心、省内设立二级汇接中心、移动业务本地网设立端局构成三级网路结构。
它与PSTN网(公用电话网)的连接关系参见图4-2。
从图中可见，三级网路结构组成了一个完全独立的数字移动通信网路。
而模拟移动通信网路结构是与PSTN网混合方式来组建的(它与PSTN网的连接关系可见图4-3)，它在省内建立二级汇接中心，在移动业务本地网内建端局，无一级汇接中心，省际间的通信是借助于PSTN网的长途电话网来实现，当然为实现省际间的自动漫游，模拟移动电话网必须建立自己的全国信令网。
另外，模拟移动通信网是采用PSTN网的端局号方式接入，以“9”字头为标志，因此可以说模拟移动通信网是PSTN网的一部分，而GSM数字移动通信网与PSTN网相重叠。
当然，公用电话网还有它的国际出口局，而GSM数字移动通信网却无国际出口局，国际间的通信仍然还需借助于公用电话网的国际局。
图4-2 GSM网路与PSTN网路连接示意图图4-3 模拟移动通信网与PSTN网路连接示意图“中国联通”的GSM移动通信网与邮电部门的GSM移动通信网和PSTN网(称公用通信主网，简称主网)之间的网路结构见图4-4。
在“中国联通”GSM移动交换局所在地，联通网和主网之间各设一个网间接口局，双方接口局按一对一的方式成对互连。
联通GSM客户与主网GSM、PSTN客户间的各种业务互通(含本地、自动长途、移动及国际业务等)所需的话路接续和信号，均经过网间接口局连通。
图4-4 联通GSM与主网PSTN/GSM网路间互通组网方式示意图4.2 省内GSM移动通信网的网路结构省内GSM移动通信网由省内的各移动业务本地网构成，省内设若干个移动业务汇接中心(即二级汇接中心)，汇接中心之间为网球网结构，汇接中心与移动端局之间成星状网。
根据业务量的大小，二级汇接中心可以是单独设置的汇接中心(即不带客户，全有至基站接口，只作汇接)，也可兼作移动端局(与基站相连，可带客户)。
GSM系统的网络结构
1.3.2 GSM系统的网络结构图1-3为GSM网络结构。
GSM标准定义的GSM网络由4部分组成：移动台（Mobile Station，MS）、基站系统（Base Station System，BSS）、网络交换系统（Network Switching System，NSS）和操作维护系统（Operations and Maintenance System，OMS）。
1．移动台（MS）移动台（Mobile Station，MS）是用户端终止无线信道的设备，通过无线空中接口Um 给用户提供接入网络业务的能力。
移动台有两部分组成：移动设备（Mobile Equipment，ME）和用户识别模块（Subscriber Identity Module，SIM）。
ME用于完成语音、数据和控制信号在空中的接收和发送；SIM用于识别唯一的移动台使用者。
SIM是一张符合GSM规范的"智能卡"，内部包含了与用户有关的、被存储在用户这一方的信息，移动电话上只有装上了SIM卡才能使用。
2．基站系统（BSS）基站系统（BSS）提供移动台与移动交换中心（MSC）之间的链路。
BSS由以下3部分组成。
基站控制器（Base Station Controller，BSC）：BSC可以控制单个或多个BTS，对所控制的BTS下的MS执行切换控制；传递BTS和MSC间的话务和信令，连接地面链路和空中接口信道。
基站收发信台（Base Transceiver Station，BTS）：BTS包含有射频部件，这些射频部件为特定小区提供空中接口，可支持一个或多个小区；提供和移动台（MS）的空中接口链路，能够对移动台和基站进行功率控制。
变码器（Transcoder，XCDR）：将来自移动交换中心MSC的语音或数据输出（64 kbps PCM）转换成GSM规程所规定的格式（16 kbps），以便更有效地通过空中接口在BSS和移动台之间进行传输（即将64 kbps压缩成16 kbps）；反之，可以解压缩。
移动通信网络结构
数据库功能 呼叫控制：识别用户，建立呼叫，通话结束后释放连接 计费：收集有关呼叫的计费信息 移动性管理：保持用户的位置信息 和其它网络、基站相关的命令 用户数据处理 用户定位
GSM网络子系统NSS-MSC的功能
GSM网络子系统NSS-VLR的功能
GSM网络子系统NSS-HLR的功能
RNC 和 Node B功能
RNC 负责管理控制同一RNS内的小区资源，为移动用
户提供接入控制和无线资源分配功能，并为控制信令和各
种业务提供无线接入承载。 Node B可处理1个或多个小区，包含可选的宏分集功 能，通过空中接口Uu与移动终端接口。
内容介绍
1. GSM网络结构简介
2. GSM核心网到3G的演进
2G 3G SGSN SGSN
Internet
GGSN
* IP over any L2/L2.5 = PoS, IPoverATM, Ethernet, Gigabit Ethernet, MPLS
引入软交换MSS： 3GPP Release 4
Mobility Core New element
MSS MSC 3G
MSC HLR
Upgraded element
Control plane
GCS
MGW
ADM/TM
MGW MSC QoS-aware IP backbone or IP+ATM
GSM/EDGE/ WCDMA
PSTN
SDH/PDH/DWDM Gateway plane
2G 3G SGSN SGSN
Internet
GSM网络子系统 BSS-BSC的功能
GSM网络子系统 BSS-BTS的功能
GSM基础知识简介
一、电信网的网络架构：（一）、基本概念与构成：电信网是由传输、交换、终端设备和信令过程、协议以及相应的运行支撑系统组成的综合系统。
电信网是多个用户电信系统互连的通信体系，是由终端设备、传输设备、交换设备等基本要素组成的综合系统。
它是为公众提供信息服务，完成信息传递和交换的通信网络。
（二）、电信网构成1、物理网：由用户终端、交换系统、传输系统等电信设备组成的实体结构，是电信网的物质基础。
（1）用户终端：电信网最外围的设备它将用户所发送的各种形式的信息转变为电磁信号送入电信网络传送，或将从电信网路中接收到的电磁信号、符号等转变为用户可识别的信息。
（2）交换系统：处于电信网络枢纽位置，是各种信息的集散中心，是实现信息交换的关键环节。
它包括各种电话交换机、电报交换机、数据交换机、移动电话交换机、分组交换机、宽带异步转换模式（ATM）交换机等。
（3）传输系统：信息传递的通道。
它将用户终端与交换系统之间或交换系统之间连接起来，形成网络。
传输系统按传输媒质不同，可分为有线传输系统和无线传输系统。
无线传输系统分为长波、中波、短波、超短波和微波通信系统，微波通信系统又可分为地面微波通信系统和卫星通信系统等。
传输系统按其传递信号方式不同，可划分为模拟传输系统和数字传输系统。
（4）、物理网基本结构：直线网、树型网、环形网、星型网、网状网、格型网等2、支撑管理网：是为保证业务网正常运行，增强网路功能，提高全网服务质量而形成的网路。
在支撑管理网中传递的是相应的控制、监测及信令等信号。
包括：信令网、同步网、管理网。
（1）、信令网：七号信令网(No7)是一种国际性的、标准化的通用公共信道信号系统。
七号信令网是接收、处理和传送信令信号的专用网路，通过对信令信号的识别和传递，产生控制信号以支撑业务网的运行。
（2）同步网：是产生传送基准定时信号的网路。
（3）管理网：是接收、处理和传送管理信息的专用网络。
其功能是对电信网进行维护和管理。
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GSM 系统网络结构简介GSM系统的出现GSM的全称是Global System for Mobile communications。
由于欧洲移动通信发展迅速，出现了不同制式的移动通信系统，互相之间不兼容，带来了不便。
为解决这一问题，欧洲各国共同制定了统一的GSM移动通信标准，GSM系统在欧洲的全面采用，使GSM移动用户可以在各国之间漫游GSM的诸多优点也使得它在全球范围内被采用。
使用标准开放式接口模拟系统的接口是不公开的，也就是说如果网络运营商采用了某厂家的交换机后，也必须使用该厂家的基站。
GSM系统不同于其他模拟系统的一个重要之处是它采用标准开放式接口和统一的协议，如：C7、X.25、G.703、LAPB、LABD等。
这样可以将不同厂家的设备配合起来使用，一方面增强生产厂家之间的竞争，降低设备价格，另一方面，网络运营商选用设备时有了更大的灵活性。
解决兼容性RADIOCOM 2000 注：此图摘自CP02GSM Network Components and ArchitectureGSM网络组成和结构概述对面图所示的是一个简化的GSM网络结构示意图，每种组件只出现了一次，实际中很多组件可能出现多次。
图中各种组件之间通信即采用GSM规定的标准接口。
GSM系统应该包含以下几个部分：移动台MS（The Mobile Station）移动用户实际看到和使用的部分，如移动电话、传真机等，它包括移动设备ME（Mobile Equipment）和SIM卡（Subscriber Identity Module）基站系统BSS（The Base Station System）提供移动台和陆地交换设备之间的无线接口，包括XCDR(Transcoder)，BSC(Base Station Controller)和BTS(Base Transceiver Station)网络交换系统（The Network Switching System）由移动业务交换中心MSC（Mobile Service Switching Centre）和相关的数据库实体等组成，提供话音或数据业务的交换以及信令的处理。
另外提供GSM网络到PSTN的接口。
操作维护系统（The Operation and Maintenance Subsystem）完成对整个网络的操作维护。
GSM Network Components注：此图摘自CP02移动台MS移动台由两部分组成：移动设备ME和SIM卡移动设备移动设备是移动用户实际所使用的硬件设备，它用来接入GSM 网络，可能是电话或传真机等。
主用有三种：车载式，便携式，手持式。
每一个移动设备都有一个唯一的、永久的IMEI（International Mobile Equipment Identity）号来识别它。
SIM卡SIM（Subscriber Identity Module）是一张用来识别移动用户身份的智能卡，每一张SIM卡对应一个IMSI（International Mobile Subscriber Identity）号。
需要将SIM卡插入移动设备，才能使用，没有SIM卡的移动设备只能做紧急呼叫。
计费时则是根据移动用户来计费，并不根据所使用的设备或位置计费。
移动设备可从商店购买，但SIM卡只能从网络运营商处获得。
SIM卡还完成用户身份鉴权算法。
SIM卡存的信息SIM卡内所存的信息主要有：IMSI：用来唯一的识别移动用户，只在初始化时，在空间信道发送TMSI(Temporary Mobile Subscriber Identity)：用来暂时性识别移动用户的号码，系统会周期性的改变TMSI，移动用户初次呼叫或登记时，需在空间信道发送IMSI号，系统收到后给该移动用户分配一个TMSI号，在接下来的呼叫中用该TMSI号来识别这个移动用户，经过一定的时间或一定次数的呼叫后，系统会重新给该移动用户分配一个TMSI号。
这样减少了IMSI号被截取的可能，有效的防止了盗机。
LAI(Location Area Identity)：GSM系统将基站的无线覆盖区域，在地理上划分成多个位置区，每个位置区对应一个LAI，SIM卡内所存的LAI指示了当前移动用户所在的位置。
Ki(Subscriber Authentication Key):用户鉴权密键，用于IMSI身份鉴别。
MSISDN(Mobile Station International Services Digital Network):移动用户的电话号码。
除了上面的这些主要信息以往，SIM卡内还存有补充业务信息、PIN（Personal Identity Number password个人密码）等。
SIM卡所存的大多信息从SIM卡发行日起是不可读（如Ki）和不可改的（如IMSI），另外有一些信息则是不停变化的，如LAI将随着移动用户所处的位置区不同而不断变化。
基站系统BSSBSS位于MSC和MS之间，通过2M E1传输线与MSC连接，与MS之间则通过无线接口联系，为MS提供无线覆盖。
一个BSS包括一个BSC，一个XCDR，一个或多个BTS。
BSC（Base Station Controller）:它是BSS的控制设备，控制整个BSS。
XCDR(Transcoder)：压缩编码器，压缩话音信号，将MSC出来的64kbit/s的话音信号压缩成13kbit/s，加上3kbit/s的填充比特后，形成16kbit/s的话音信号送到BSC，对于从BSC过来的话音信号则是一个相反的过程。
由于这个原因，所以虽然XCDR属于BSS，但一般放在MSC边，称为RXCDR(Remote Transcoder),这样可以节省传输线。
BTS(Base Transceiver Station):无线收发信设备，提供与MS之间的无线接口。
BTS受BSC控制，一个BSS可能有多个BTS。
BTS与BSC之间可有多种连接方式（针对Motorola设备）：星型（Star）：BTS直接与BSC相连，不经过其他设备。
菊花链型（Daisy Chain）：将多个BTS串接，连到BSC。
环型(Loop)：将菊花链另一头的BTS直接连到BSC，使多个BTS 与BSC形成一个环。
叉型:菊花链中间的某个BTS再连一个BTS，形成分支。
这些方法可以同时使用。
13＋3＝压缩编码星型连接菊花链环型连接叉型连接网络无线覆盖BSS由一个BSC带多个BTS组成，每个BTS有一定的无线覆盖区域，同一BSS的BTS共同形成一个大的无线覆盖区域，该区域称为一个BSC Area。
MSC下带一个或多个BSS，这些BSS的BSC Area共同组成一个MSC Area。
MSC与BSC之间通过唯一的A接口传信令。
MSC另外提供到PSTN、ISDN、PDN等的接口。
多个MSC之间可以有中继互相联系，多个MSC Area共同组成一个大的无线覆盖区域。
移动用户要获得服务，首先必须处于无线覆盖区域内。
移动用户通话时，通过空中信道将话音信号送到BTS，再到BSC，由BSC送到MSC交换后送到固定网用户，或再通过BSC、BTS送到另一个移动用户，反向亦然。
注：此图摘自CP02网络交换系统网络交换系统完成GSM网络的主要交换功能和移动性管理，还包括存储移动用户信息的数据库。
主要功能是实现GSM网络与其他电信网络之间的通信。
网络交换系统由以下部分组成：MSC: Mobile Service Switching CentreHLR: Home Location RegisterVLR: Visitor Location RegisterEIR: Equipment Identity RegisterAUC: Authentication CentreIWF: Interworking FunctionEC: Echo CancellerThe Network Switching System注：此图摘自CP02Mobile Service Switching Centre －MSC移动业务交换中心MSC是GSM网络中处理交换与信令功能的交换机。
提供到BSS和到固定网的接口，一个MSC一般要带多个BSS保证无线覆盖，一个国家一般要有多个MSC保证无线覆盖。
MSC的基本功能：Call Processing 呼叫处理包括呼叫建立，切换，移动性管理（位置登记、鉴权等）Operation & Maintenance数据库管理，话务统计，Man Machine InterfaceInternetwork Interworking 网络互通功能管理GSM网络与PSTN之间的接口Billing 计费收集呼叫计费数据MSC与普通固定网交换机相比，除了要完成基本的呼叫建立与交换以功能外，还要考虑移动通信的一些特殊特性，如无线资源分配、移动用户的移动性等，所以MSC至少还应该能参与完成位置登记、切换等。
归属位置寄存器HLR是一个数据库，存储移动用户相关数据信息，包括所有不变的数据和所有临时的数据。
一个PLMN可能需要一个或多个HLR 来存储该PLMN的所有用户数据，所需HLR数取决于整个网络中的用户数和HLR硬件设备的容量。
每个用户只在一个HLR中有一份数据，每个HLR存储所有用户数据的一部分。
GSM网络中MSC、VLR需要访问HLR，获得用户数据。
访问HLR可以利用IMSI或MSISDN来查找用户数据。
HLR中存储的信息有：Subscriber ID (IMSI and MSISDN)Current subscriber VLR (current location)Supplementary services subscribed toSupplementary service Information (eg. current forwarding number)Subscriber status (registered/deregistered)Authentication key and AUC functionalityMobile Subscriber Roaming Number (MSRN)拜访位置寄存器VLR存储临时的用户的数据，内容大部分与HLR相同，但移动用户的临时数据只有当该用户在该VLR Area内是active状态时才会存有。
每个VLR负责地理上一定的区域，该区域称为VLR Area，当MS移动到该VLR Area时，将会做位置登记（Location Register Procedure），找到MS所在的HLR，获取MS建立呼叫或作被叫时所需的数据并暂存。
所以VLR相当于是一个存储处于该VLR Area内用户数据的本地数据库，减少对HLR的访问，因为访问HLR是很耗时的。