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信令系统协议规范的7号信令网络互相通信。它的主要作用是管理GSM用户和其他网络用户之间的通信。

MSC：是GSM系统的核心，它完成最基本的交换功能，即实现移动用户与其它网络用户之间的通信连接。提供面向系统其他功能实体的接口、到其他网络的接口以及与其他MSC互连的接口。

MSC为用户提供承载业务、基本业务与补充业务等一系列服务，还支持位置登记、越区切换和自动漫游等功能。为了建立至移动台的呼叫路由，相关的MSC还应能完成关口MSC（GMSC）的功能，即查询位置信息的功能。 拜访位置寄存器VLR：是存储所管辖区域中所有用户的全部有关信息，为已经登记的移动用户提供建立呼叫连接的必要条件。是一个动态数据库，需要随时与有关的HLR进行大量的数据交换以保证数据的有效性。当用户离开其覆盖区时，用户的有关信息将被删除。VLR在物理实体上总是与MSC一体。

归属位置寄存器HLR：是GSM系统的中央数据库，是存储管理部门用于移动客户管理的数据。每个移动客户都应在其归属位置寄存器（HLR）注册登记，它主要存储两类信息：一是有关客户的参数，包括用户的漫游权限、基本业务和补充业务等；二是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至移动台的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等。一个HLR可以覆盖几个移动交换区域甚至整个移动网。

鉴权中心AUC：存储用户的加密信息，用以保护用户在GSM系统中的合法地位不受侵犯。用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数（随机号码RAND，符合响应SRES，密钥Kc）的功能实体。是一个受严格保护的数据库，在物理实体上与HLR共存。

设备识别寄存器EIR：也是一个数据库，存储有关移动台IMEI有关的信息。主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台的使用。

操作维护子系统 GSM系统的操作维护子系统（OMC），它主要是对整个GSM网络进行管理和监控。通过它实现对GSM网内各种部件功能的配置管理、故障管理和性能管理等功能。其功能实体包括有无线部分的操作与维护中心（OMC-R）、移动部分的操作与维护中心（OMC-M）、交换部分的操作与维护中心（OMC-S）、GPRS部分的操作与维护中心（OMC-G）和网管中心（NMC）。

移动台： 移动台就是移动客户设备部分，它由两部分组成，移动终端(MT)和客户识别卡（SIM）。移动终端就是“机”，它可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发 射和接收，以及实现鉴权、位置更新等通信处理。

GSM的编号和识别方案 GSM系统是一个十分复杂的通信系统，它包括众多的功能实体和繁杂的实体间、子系统间及网络间的接口。为了将一个呼叫接续至某个用户，系统需要调用相应的实体，因此要 实现正确的寻址，编号计划就显得尤为重要。由于GSM系统的业务类似于ISDN网的延伸，因此GSM系统采用了CCITT建议中的“网号”编号方案，即将GSM系统作为一个电话网 的独立编号方案，此时的PLMN相对于PSTN完全独立，其各种号码也就完全独立于PSTN。

MSISDN――移动用户号码（移动台ISDN号码） 移动用户号码是指主叫用户为呼叫数字公用陆地蜂窝移动通信网中的用户所需拨的号码，是移动用户对外公开的电话号码，MS－ISDN号码结构如下所示：

1)CC：为国家码，中国为86。目前国内有效移动用户isdn号码为一个十一位数字的等长号码：n1n2n3H0H1H2H3ABCD。 2)NDC：国内目的地码，即网络接入号n1n2n3，“中国移动”GSM网为134、139；“中国联通公司”GSM网为130、132。 3）SN：移动用户号码，采用等长8位编号计划。SN号码结构是H0H1H2H3ABCD，其中：H0H1H2H3为每个移动业务本地网的HLR号码，ABCD为移动用户码，由各hlr自行分配。所以，MS－ISDN号码： SCCP全球标题地址（例如，用于找HLR） PSTN/ISDN电话号码（电话簿上的号码） 用于拨号 IMSI――国际移动用户识别码 为了在无线路径和整个GSM移动通信网上正确地识别某个移动用户，就必须给移动用户分配一个特定的识别码。这个识别码称为国际移动用户识别码（IMSI），用于位置更新、呼叫建立和GSM移动网所有信令中，并存贮在SIM卡和HLR中，也在VLR中作为临时登记标识。用户用于网络操作的全部数据均存储于imsi对应存储区中。

IMSI是数字PLMN网中唯一地识别一个移动用户的号码，为一个16位数字的号码。imsi永久地属于一个注册用户，在包括漫游区域在内的所有位置都是有效的，其结构如下所示：

其中： 1)MCC：移动国家号码，由3位数组成。用于唯一地识别移动用户所属的国家。（中国移动国家号为460）

2)MNC：移动网号，由2位数字组成，用于识别移动用户所归属的移动网。（“中国移动通信公司”GSM PLMN网为00，“中国联通公司”GSM PLMN网为01。）

3)MSIN：移动用户识别码。采用等长11位数字构成。唯一地识别在一个PLMN网内移动用户的号码，该号码为N1N2N3 H0H1H2H3 ABCD

所以，IMSI号码： 对一个MS或SIM卡唯一 在所有位置有效 MS在呼叫建立时、位置更新以及一些安全或业务操作时需要此号码。

MSRN――移动用户漫游号码 HLR具有漫游用户的位置更新纪录，因此被叫用户所归属的HLR知道该用户目前是处在哪一个MSC/VLR业务区，为了提供给入口MSC/VLR（GSMC）一个用于选路由的临时号码，HLR请求被叫所在业务区的MSC/VLR给该被叫用户分配一个移动用户漫游号码（MSRN），并将此号码送至HLR，HLR收到后再发给GMSC，GMSC根据此号码选路由，将呼叫接至被叫用户目前正在访问的MSC/VLR交换局。路由一旦建立，此号码就可立即释放。这种查询、呼叫选路由功能（即请求一个MSRN功能）是信令中移动应用部分（MAP）的一个程序，在GMSC－HLR－MSC/VLR间的信令网中进行传递。msrn的分配对主叫与被叫用户都是保密的，它只能作为漫游呼叫转接中的路由重选，不同于也不能用于直接拨号。

移动用户漫游号码（MSRN）的结构如下： 中国电信GSM移动通信网技术规定1390后的MSISDN号码为移动用户漫游号码（MSRN），即1390M0M1M2M3ABC。M0M1M2M3为被访的MSC号码。ABC为000~499。 所以，MSRN号码： 结构和MS－ISDN相同 SCCP全球标题地址找当前的VLR 是VLR在呼叫过程中对MS的一个动态标识，在VLR中存在MSRN到IMSI的链接 对MS是唯一的，仅在一个VLR区域中有效 在使用ISUP重选到目的地MSC的路由时需要该号码

TMSI――临时移动用户识别号码 为了对IMSI保密，当移动用户每次位置登记（包括位置更新）后或者呼叫（主叫或被叫）时，VLR将为其分配一个唯一的TMSI号码，为一个由MSC自行分配的4字节的BCD编码。仅在本MSC业务区内才有效。移动用户的TMSI与IMSI是对应的，但它们之间没有长期的固定关系，仅在MS呼叫和位置更新时临时指定，并保持到MS被分配新的TMSI时。但当TMSI被释放后，可以重复地给另一个MS使用。 所以，TMSI号码： 由当前的VLR分配给一个MS 对MS是唯一的，仅在一个VLR中有效 MS在呼叫建立、位置更新时需要此号码

IMEI――国际移动台识别号码 国际移动台识别码（IMEI）用于唯一地识别一个移动台设备，它是一个15位的十进制数字，其结构为：

其中： TAC：型号批准码，由欧洲型号认证中心分配。由6位数字组成。 FAC：工厂装配码，由厂家编码，表示生产厂家及其装配地。由2位数组成。 SNR：序号，由厂家分配。识别每个TAC和FAC中的某个设备的。由6位数组成。 SP：备用，1位。 所以，IMEI号码：用于设备管理