GSM通信原理BSC
GSM无线通信原理.pdf
GSM:Global System for Mobile Communications,全球移动通信系统。
GSM网络由终端、无线接入设备和核心网络等几部分组成。
具体包括交换网络子系统（NSS）、无线基站子系统（BSS）、操作维护子系统（OSS）和移动台（MS）四大部分。
GSM移动通信系统的组成其中BSS部分包括有基站控制器（BSC）、基站收发信台（BTS）和码型转换单元（TC）；NSS 部分包括有移动业务交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）和移动设备识别寄存器（EIR）；OSS部分包括有操作与维护中心-无线部分（OMC-R）、操作与维护中心-移动部分（OMC-M）和操作与维护中心-交换部分（OMC-S）；移动台部分（MS），其中包括移动终端（MT）和客户识别卡（SIM）。
无线基站子系统BSS系统是在一定的无线覆盖区中，由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。
它给MS和NSS之间提供了传输通道并管理这个通道。
BSS功能实体可分为BTS、BSC和TC。
BTS：BTS包括收发信机和天线,以及与无线接口有关的信号处理电路等无线接口设备，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。
BSC：主要负责控制和管理,主要由BTS控制部分、交换部分和公共处理器部分等组成。
具有对一个或多个BTS进行控制和管理的功能，它主要是进行无线信道的分配,释放以及越区信道切换的管理等,起中BSS系统中交换设备的作用。
TC：具有码型转换，速率适配的功能。
交换网络子系统：交换网路子系统（NSS）包括实现GSM的主要交换功能的交换中心以及管理用户数据和移动性的所需的数据库。
NSS 由一系列功能实体所构成，各功能实体间以及NSS与BSS之间通过符合CCITT信令系统No.7协议规范的7号信令网络互相通信。
GSM基础知识和移动通信原理
GSM系统中的主要组件
基站
基站是GSM网络的核心组件，用 于与移动设备进行通信并提供信 号覆盖。
移动设备
移动设备（如手机）通过基站与 GSM网络进行通信，将语音和数 据传输到目标位置。
移动交换中心
移动交换中心是GSM网络的核心 节点，负责呼叫控制和用户数据 交换。
GSM通信过程
1
注册
移动设备在GSM网络中注册，获得一个临时标识符，以便进行通信。
2
呼叫连接
用户通过拨号建立通话连接，GSM网络将呼叫路由到目标用户。
3呼叫释放Fra bibliotek通话结束后，GSM网络将释放连接并释放资源以供其他用户使用。
GSM网络的优点和局限性
1 覆盖广泛
GSM网络在全球范围内提供广泛的通信覆盖，为用户提供了连续无缝的通信体验。
2 兼容性强
GSM设备的标准化使其与其他网络和设备兼容，方便用户在不同地区和网络间切换。
GSM加密
GSM使用加密算法保护通信内容， 确保用户的隐私和数据安全。
移动通信原理
1 信道分配
2 信号传输
3 网络交互
GSM使用时分多址技术， 将通信频谱划分为不同的 时隙，以实现同时多用户 通信。
移动通信通过无线电频率 在基站和移动设备之间传 输信号，实现语音和数据 传输。
GSM网络通过基站和移动 交换中心之间的传输路径， 实现用户之间的通信和互 联网接入。
GSM网络架构
基站子系统 (BSS)
包括基站控制器 (BSC) 和 天线系统 (BS)，负责无线信号和用户数据传输。
网络子系统 (NSS)
由移动交换中心 (MSC) 和 访问控制器 (AC) 组成，处理用户数据和呼叫控制。
GSM通信原理基础理论
GSM通信原理基础理论
GSM通信系统使用了时分多址（TDMA）技术，它将频谱划分为时间片，每个时间片中可以为多个用户提供时间资源。
通信的基本单元是一个帧，
每个帧包含8个时间槽。
在一个时间槽中，可以进行数据传输或语音通话。
使用TDMA技术可以同时支持多个用户进行通信，提高频谱的利用率。
GSM通信中的频率分为上行频率（移动台到基站）和下行频率（基站
到移动台）。
在每个基站的覆盖范围内，频率由BTS控制，并与相邻基站
的频率进行协调，以避免互相干扰。
频率的分配和管理是由BSC和MSC进
行协调的。
GSM通信中的信号传输是通过无线电波进行的。
移动台和基站之间的
通信采用的是二进制相移键控（GMSK）调制方式，它可以将数字数据转换
为连续的无限电波。
GSM通信系统中的通信距离通常由基站的输出功率和
天线的高度决定，一般情况下，基站的通信距离为几公里到几十公里。
GSM通信系统还支持一些额外的功能，如短信（SMS）和数据传输（GPRS）。
短信功能允许用户发送和接收短文本消息，它可以通过控制信
道上的空闲时间槽来实现。
GPRS是GSM网络中的数据传输技术，它可以
提供更高的速度和更灵活的数据传输能力，使用户可以通过移动设备访问
互联网和其他数据服务。
总结起来，GSM通信系统是一种基于数字信号处理和频分多址技术的
移动通信系统，它采用时分多址技术来提高频谱利用率，支持语音通话、
短信和数据传输等功能。
GSM通信系统在全球范围内得到了广泛应用，成
为2G移动通信的标准。
gsm的工作原理
gsm的工作原理GSM（Global System for Mobile Communications）是一种基于数字技术的移动通信标准。
其工作原理可以分为以下几个方面：1. 频率分配：GSM网络将可用的无线频谱分为不同的频道，每个频道可以同时支持多个用户进行通信。
频谱分配由基站控制器（BSC）进行管理，它根据网络负载和通信需求动态地分配频率资源。
2. 信号传输：GSM系统使用时分多址（TDMA）技术，将每个频道划分为多个时隙，每个时隙可用于传输不同用户的信息。
通过这种方式，多个用户可以在同一个频道上同时进行通信，提高了系统的容量和效率。
3. 基站系统：GSM网络由许多基站组成，每个基站负责覆盖特定范围内的用户。
基站由基站控制器进行管理，它与移动设备进行无线通信，将用户的语音和数据信息转发到目标位置。
4. 用户鉴权：当移动设备尝试接入GSM网络时，网络会对用户进行鉴权，确保其合法性和身份。
这涉及到与用户SIM卡中的密钥进行比对，以验证用户的身份。
5. 话音编码：GSM系统使用全球通用的话音编码标准（GSM-FR），将用户的语音信号进行数字化和编码，以便在网络中传输。
这种编码可以减小语音数据量，提高传输效率。
6. 数据传输：除了语音通信外，GSM系统还支持数据传输，例如短消息服务（SMS）、多媒体消息服务（MMS）和互联网接入。
这些数据会被编码和打包，并通过GSM网络传输到目标设备。
总的来说，GSM的工作原理是通过频率分配、时分多址技术、基站系统、用户鉴权、话音编码和数据传输等关键技术，实现移动设备之间的语音和数据通信。
这种标准化的通信方式使得全球范围内的移动通信变得更加便捷和高效。
1GSMBSC系统概述与硬件结构资料
OPT
OPT
NET
BM
AM/CM网络结构
AM/CM中的中央交换网板CTN完 成模块间呼叫的话路交换
AM/CM内CTN容量为16K×16K， HW速率为32Mbps(16条HW合成)
NET完成BM内部交换，NET与CTN 配合完成BM之间的交换
CTN
CTN 是 AM/CM 的 中 心 话 路 交 换 系统，实现16K*16K的时隙交换 ，完成模块间的接续，是各模块 间通话的桥梁
光纤（2根）
光纤（2根） OPT
光纤（2根） OPT
光纤（2根）
BM
BM
传输接口单元
光纤接口板 (FBI) 对模块间话路和信令链路的复接/分接 提供2路光通道
光电转换板 (FBC) 光电转换的功能
FBI + FBC与 OPT配合使用,实现模块间的通信
AM/CM光路分配
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
备用 CDB
1
0
BAM
0
通信控制框
01
23
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13
1 4
15 16
1 7
18 19 20 21 22 23 24 25
P W C
AL M
M C C 9
M M MC MC MC MC CC C C C C C8 C7 6 5 4 3
M C C 2
MC MC CC 10
SS P NN W TT C
GG SS NN TT
P W C
4
P EEEEEEEE 3 W 33333333
GSM无线通信原理
GSM：Global System for Mobile Communications，全球移动通信系统。
GSM网络由终端、无线接入设备和核心网络等几部分组成。
具体包括交换网络子系统（NSS）、无线基站子系统（BSS）、操作维护子系统（OSS）和移动台（MS）四大部分。
GSM移动通信系统的组成其中BSS部分包括有基站控制器（BSC)、基站收发信台（BTS）和码型转换单元(TC）；NSS部分包括有移动业务交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR)、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC)和移动设备识别寄存器(EIR）；OSS部分包括有操作与维护中心—无线部分（OMC-R）、操作与维护中心—移动部分（OMC—M）和操作与维护中心—交换部分（OMC-S）；移动台部分（MS），其中包括移动终端（MT)和客户识别卡（SIM)。
无线基站子系统BSS系统是在一定的无线覆盖区中,由MSC控制，与MS进行通信的系统设备,它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能.它给MS和NSS之间提供了传输通道并管理这个通道。
BSS功能实体可分为BTS、BSC和TC。
BTS：BTS包括收发信机和天线,以及与无线接口有关的信号处理电路等无线接口设备,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.BSC：主要负责控制和管理,主要由BTS控制部分、交换部分和公共处理器部分等组成。
具有对一个或多个BTS进行控制和管理的功能，它主要是进行无线信道的分配,释放以及越区信道切换的管理等,起中BSS系统中交换设备的作用。
TC：具有码型转换，速率适配的功能。
交换网络子系统：交换网路子系统(NSS）包括实现GSM的主要交换功能的交换中心以及管理用户数据和移动性的所需的数据库。
NSS 由一系列功能实体所构成，各功能实体间以及NSS与BSS之间通过符合CCITT信令系统No.7协议规范的7号信令网络互相通信。
GSM BSC知识解析
火警等告警开关量的收集
连接告警箱，完成告警量的收
集和处理等功能
AM/CM告警系统构成
BAM MCCM A L M
串口
OMC告警台
BSC告警箱
二次电源告警
邮箱
BAM
后管理模块(BAM)是BSC和OMC之间
通讯的桥梁
OMC通过BAM与BSC主控单元进行通
信, 实现对BSC的操作维护
ABIS接口支持15:1的复用比
集中网管 支持M900,M1800 以及M900/M1800混合基站
高可靠性, ---热备份配置
BSC在系统中的位置
TUP,ISUP
PSTN ISDN
M900/M1800 BSC GSM900 GSM1800 MS BTS A接口
其他MSC/VLR M900/M1800 MSC/VLR
主控单元
主机A (GMPU)
主机倒换控制 (GEMA)
主机 B(GMPU)
主节点板 (GNOD)
主节点板 (GNOD)
G O P T
G C 2
L P N 7
G L A P
G M E M
G A L M
模块间通信
从节点 (CPU)
从节点 (CPU)
即BIE板
主机程序和数据加载路径
Flash Memory DRAM
告警系统
完成告警信息的收集 及处理功能由ALM 板及告警箱实现
通信单元
主要有OPT、MC2等单板
通过二对40Mbit/s的光纤链路与 AM/CM相连 完成BM与AM/CM之间的话路
完成BM与AM/CM之间的信令
为BAM至BM 间提供维护测试信 号通路
GSM移动通信系统原理
SIM
MS
BTS
Speech,
Speech,
Sres Data
Data
Ki A3
无线通路
A8
A5
A5
Kc
VLR
Sres Kc RAND
EIR功能与作用
EIR：Equipment Identity Register 存储移动设备分类表(IMEI) • 用来管理所有移动台设备的国际移动用户识（IMSI）
操作与维护
数据库管理 测量 人机接口（MMI）
网间互通 计费
MSC
HLR功能与作用
HLR:Home Location Register
用户识别号（IMSI,MSISDN）
当前用户的VLR（当前位置）
业务能力、业务限制信息 用户申请的补充业务
HLR
补充业务信息（例：当前转移的电话号码）
LA6 cell 11 cell 12
GSM各区域间的关系
GSM业务区
PLMN业务区 MSC业务区 位置区LAC 小区Cell
MSC功能与作用
为其服务区内的移动用户提供交换和信令功能
呼叫处理
呼叫建立、连接与清除 切换过程 移动性管理
位置更新过程 用户身份识别 移动设备识别
用户状态（registered/deregistered）
移动用户漫游号（MSRN）传递
VLR功能与作用
VLR:Visitor Location Register 移动台状态 部分补充业务数据 移动站的位置登记(LAI) 临时移动用户识别号(TMSI)管理 MSRN管理
MCC MNC
MSIN
国内移动用户识别码 国际移动用户识别码
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MCC
MNC IMSI
MSIN NMSI
MCC：移动国家码，三个数字，如中国为 460。 MNC：移动网号，两个数字，如中国移动的MNC为00。 MSIN：在某一PLMN内MS唯一的识别码,编码格式为:H1 H2
H3 SXXXXXX NMSI：在某一国家内MS唯一识别码。
2020/9/29
IMSI
2020/9/29
VLR的功能
访问用户位置寄存器(VLR) 是服务于其控制区域内移动 用户的.
它存储着进入其控制区域内 已登记的移动用户相关信息 。是一个动态的数据库
2020/9/29
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。
2020/9/29
2.2 BSS侧主要接口
A接口、Abis接口和Um接口。 其中，A接口、Um接口为开放式接口。
Um接口
Abis接口
A接口
MS
BTS
BSC
MSC
2020/9/29
A接口
✓A接口定义为网路子系统（NSS）与基站子 系统（BSS）之间的通信接口. ✓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。 ✓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。 ✓传输话音和七号信令
如中国移动的MNC为00。 LAC：Location Area Code，是2个字节长的十六进制BCD码 ， 0000与FFFE不能使用。
例:460008C90
2020/9/29
CGI
✓CGI是所有GSM PLMN中小区的唯一标识， 是在位置区识别LAI的基础上再加上小区识别 CI构成的。 ✓编码格式为LAI+CI
2020/9/29
BSC的功能
接口管理 BTS-BSC之间的信道管理 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
2020/9/29
BTS的功能
BTS受控于基站控制器 (BSC) 实现BTS与移动台(MS)空 中接口的功能。
2020/9/29
MSC的功能
MSC是整个网络的核心，协调、 控制整个GSM网络中BSS、OSS 的各个功能实体。 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。
NCC--PLMN色码。用来唯一地识别相邻国家不同的PLMN。 相 邻国家要具体协调NCC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 的BTS。(取值0—7) 例：25
2020/9/29
IMEI
IMEI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,☆#06#
2020/9/29
TMSC1
TMSC1 网状网
DC1
TMSC1
TMSC1
TMSC2
TMSC2
MA000004 GSM通信原理（BSC ）
华为用户培训中心
2020/9/29
课程内容
1、GSM移动通信概述 2、GSM系统结构与接口 3、GSM移动区域与编号计划 4、GSM移动通信网组网 5、GSM通信流程
2020/9/29
1.GSM移动通信概述
1.1 GSM发展简史 1.2 多址技术 1.3 频率复用技术
✓编码格式为
✓CC+NDC+LSP ✓CC 、 NDC 含 义 同 MSISDN 的 规 定 , LSP (locally significant part) 由运营者自己决定
✓E.164编码方式 ✓目 前 在 网 上 MSC 与 VLR 都 是 合 一 的 ， 所 以 MSC-Number与VLR-Number基本上都是一样 的
6个数字
TAC
2个数字
FAC
6个数字
SNR
IMEI（15位数字）
1个数字
SP
TAC----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 SNR----序号码。这个数字的独立序号码唯一地识别每个TAC和FAC的每个移 动设备。 SP------备用,为0 例：490547403767335
2020/9/29
GSM发展简史
1989年，GSM标准生效。 1991年，GSM系统在欧洲正式开通运行 ，移动通信跨入第二代。 1994年，GSM进入我国。 2000 年 ， 中 国 移 动 用 户 近 4000 万 ， 世 界 第二，仅次于英国Vodafone公司。
2020/9/29
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 互不干扰。 ✓常用的方法基本上有三种，即频分多址FDMA、 时分多址TDMA和码分多址CDMA。 ✓GSM系统采用了FDMA、TDMA两种方式。
2020/9/29
MSRN
✓在移动被叫或切换过程中由所在业务区 的 MSC/VLR 临 时 分 配 ， 用 于 寻 址 VMSC 用 ✓采取E.164编码方式 ✓编码格式为: 在MSC-Number的后面增加 几个字节
2020/9/29
HLR-Number
✓采取E.164编码方式 ✓编码格式为：CC+NDC+H1 H2 H3 0000，即为用户号为全零的MSISDN ✓CC，NDC含义同MSISDN的规定。
A1
A1
A1
A3
A3
A3
A2
C1
A2
C1
A2
C1
3x3
C3
C3
C3
B1
C2
B1 C2
B1 C2
B3
B3
B3
B2
A1
B2
A1 B2
A1
A3
A3
A3
C1 A2
C1 A2
C1 A2
C3
C3
C3
C2
B1
C2
B1
C2
B1
B3
B3
B3
A1
B2
A1
B2
A1
B2
A3
A3
A3
A2
C1
A2
C1
A2
C1
C3
C3
C3
C2
C2
2020/9/29
NSS内部接口
MSC
B接口
VLR
接 口
G接口
VLR
B接口
MSC
2020/9/29
F接口 C接口
D接口
MAP接口
EIR HLR/AUC
3.GSM移动区域与编号计划
3.1 GSM区域定义
3.2 编号计划
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乌鲁木齐 拉萨
哈尔滨
兰州 成都
沈阳
北京 天津
西安 武汉
上海
✓频率复用指处在不同位置(不同小区)上的 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。
✓但如果系统设计得不好，将产生严重的干 扰。(同频干扰、邻频干扰）
C1
C1
C/I=γ f1
P0 R
D
f1 P0 R
C/I=γ
(D/R)2=3×k D—频率复用距离 R—小区半径 K—频率复用模式
小区复用模式
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。
2020/9/29
4.GSM移动通信网组网
4.1 GSM移动通信网络结构 4.2 GSM移动业务本地网 4.3 GSM省内移动通信网 4.4 GSM信令网结构 4.5 时钟同步网
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GSM网络结构
2020/9/29
GSM系统业务网结构
GSM系统业务网为三级结构：
一级移动汇接中心TMSC1 二级移动汇接中心TMSC2 普通移动交换中心MSC
广州
3.1 GSM区域定义
服务区
PLMN区 MSC区... 位置区... 基站区...
小区
......
PLMN区
MSC区...
位置区...
基站区... .....
小区 ......
.
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3.2 编号计划—IMSI
Not more than 15 digits
3 digits
2 digits
2020/9/29
AUC 属 于 HLR 的 一 个 功 能 单 元 部 分 ， 专 用 于 GSM 系 统的安全性管理。
EIR的功能
移 动 设 备 识 别 寄 存 器 (EIR) 存 储 着 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。
✓IMSI 是 GSM 系 统 分 配 给 移 动 用 户 (MS) 的 唯 一 的识别号。 ✓采取E.212编码方式。 ✓存储在SIM卡、HLR和VLR中，在无线接口及 MAP接口上传送。 ✓ IMSI分配原则：最多包含15个数字(0-9)。例 :460002289000168
2020/9/29
TMSI
C2
K=3
4
3
1
2
4
1
3
1
4
2
3
1
2 K=4
1
1
1
12
1
345
671