GSM原理及其网络优化

中国电子科技集团公司第二十二研究所第一章Page1中国电子科技集团公司第二十二研究所Page21982年，GSM小组成立，主要目标定位于实现欧洲各国移动通信系统的互联互通1986年，在巴黎，对提出的八个建议系统进行现场试验1987年，确定采用频分双工－窄带时分多址（FDD－TDMA）、规则脉冲激励－长期预测话音编码（RPE-LTP）和高斯滤波最小频移键控（GMSK）调制1988年，十八个欧洲国家达成GSM谅解备忘录(MoU)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GSM发展简史中国电子科技集团公司第二十二研究所Page3移动通信发展展望1G2G3G2.5G80s初80s末96年2002年无线通信系统时间GSMPDCD-AMPSIS-95AW-CDMACDMA2000TD-SCDMAAMPSTACSNMTNTTGPRSIS-95B无线通信在今天的发展中国电子科技集团公司第二十二研究所Page4中国电子科技集团公司第二十二研究所Page5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。移动台(MS)的功能中国电子科技集团公司第二十二研究所基站子系统（BSS）基站子系统（BSS）是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分。它通过无线接口直接与移动台相接，负责无线发送接收和无线资源管理。另一方面，基站子系统与网路子系统（NSS）中的移动业务交换中心（MSC）相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网路用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息等。当然，要对BSS部分进行操作维护管理，还要建立BSS与操作支持子系统（OSS）之间的通信连接。基站子系统是由基站收发信台（BTS）和基站控制器（BSC）这两部分的功能实体构成。基站子系统还应包括码变换器（TC）和相应的子复用设备（SM）。码变换器在更多的实际情况下是置于BSC和MSC之间，在组网的灵活性和减少传输设备配置数量方面具有许多优点。BSC：对一个或多个BTS进行控制，负责无线网络资源的管理、小区配置数据、功率控制、定位和切换BTS：收发信台，负责无线传输、无线分集、信道加密及跳频等Page6中国电子科技集团公司第二十二研究所基站收发信台（BTS基站收发信台（BTS）属于基站子系统的无线部分，由基站控制器（BSC）控制，服务于某个小区的无线收发信设备，完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与移动台（MS）之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。BTS主要分为基带单元、载频单元、控制单元三大部分。Page7中国电子科技集团公司第二十二研究所Page8BTS受控于BSC实现BTS与移动台(MS)空中接口的功能BTS的功能中国电子科技集团公司第二十二研究所基站控制器（BSC）基站控制器（BSC）是基站子系统（BSS）的控制部分，起着BSS的变换设备的作用，即各种接口的管理，承担无线资源和无线参数的管理。BSC主要由下列部分构成：朝向与MSC相接的A接口或与码变换器相接的Ater接口的数字中继控制部分；朝向与BTS相接的Abis接口或BS接口的BTS控制部分；公共处理部分，包括与操作维护中心相接的接口控制；交换部分。Page9中国电子科技集团公司第二十二研究所Page10接口管理BTS的管理操作与维护支持呼叫控制切换话务量统计无线链路的测量无线参数及无线资源管理BSC的功能中国电子科技集团公司第二十二研究所网路子系统（NSS）网路子系统（NSS）主要包含有GSM系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能，它对GSM移动用户之间通信和GSM移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用。NSS由一系列功能实体构成，整个GSM系统内部，即NSS的各功能实体之间和NSS与BSS之间都通过符合CCITT信令系统No.7协议和GSM规范的7号信令网路互相通信。移动业务交换中心(MSC)访问用户位置寄存器(VLR)归属用户位置寄存器(HLR)鉴权中心(AUC)移动设备识别寄存器(EIR)Page11中国电子科技集团公司第二十二研究所移动业务交换中心（MSC）移动业务交换中心（MSC）是网路的核心，它提供交换功能及面向系统其它功能实体：基站子系统BSS、归属用户位置寄存器HLR、鉴权中心AUC、移动设备识别寄存器EIR、操作维护中心OMC和面向固定网（的接口功能，把移动用户与移动用户、移动用户与固定网用户互相连接起来。移动业务交换中心MSC可从三种数据库，即归属用户位置寄存器（HLR）、访问用户位置寄存器（VLR）和鉴权中心（AUC）获取处理用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。反之，MSC也根据其最新获取的信息请求更新数据库的部分数据。。Page12中国电子科技集团公司第二十二研究所Page13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MSC的功能中国电子科技集团公司第二十二研究所访问用户位置寄存器（VLR）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，存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息，为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。VLR从该移动用户的归属用户位置寄存（HLR）处获取并存储必要的数据。一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则重新在另一个VLR登记，原VLR将取消临时记录的该移动用户数据。因此，VLR可看作为一个动态用户数据库。VLR功能总是在每个MSC中综合实现的功能：存储覆盖区内的所有用户的全部信息动态数据库，需随时与HLR交换数据用户离开时，所有信息被删除物理上与MSC为一体，避免二者频繁交换，延长接续时间Page14中国电子科技集团公司第二十二研究所Page15服务于其控制区域内移动用户存储进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息VLR的功能中国电子科技集团公司第二十二研究所归属用户位置寄存器（HLR）归属用户位置寄存器（HLR）是GSM系统的中央数据库，存储着该HLR控制的所有存在的移动用户的相关数据。一个HLR能够控制若干个移动交换区域以及整个移动通信网，所有移动用户重要的静态数据都存储在HLR中，这包括移动用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等数据。HLR还存储且为MSC提供关于移动用户实际漫游所在的MSC区域扔关动态信息数据。这样，任何入局呼叫可以即刻按选择路径送到被叫的用户。功能：系统的中央数据库，存放用户的所有信息-漫游用户的权限、基本业务、补充业务、位置信息一个HLR可以覆盖几个交换区或整个移动网为MSC呼叫提供所需的路由信息等相关数据Page16中国电子科技集团公司第二十二研究所Page17GSM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区域的有关动态数据HLR的功能中国电子科技集团公司第二十二研究所鉴权中心（AUC）GSM系统采取了特别的安全措施，例如用户鉴权、对无线接口上的话音、数据和信号信息进行保密等。因此，鉴权中心（AUC）存储着鉴权信息和加密密钥，用来防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的移动用户通信的安全。AUC受严格保护物理实体上与HLR一体产生鉴权与加密的客户三参数：RAND（随机码）、响应数（SRES）、密钥（Kc）Page18中国电子科技集团公司第二十二研究所Page19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AUC的功能中国电子科技集团公司第二十二研究所移动设备识别寄存器（EIR）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），通过检查白色清单、黑色清单或灰色清单这三种表格，在表格中分别列出了准许使用的、出现故障需监视的、失窃不准使用的移动设备的IMEI识别码，使得运营部门对于不管是失窃还是由于技术故障或误操作而危及网路正常运行的MS设备，都能采取及时的防范措施，以确保网路内所使用的移动设备的唯一性和安全性。功能：存储与移动台IMEI有关的信息对IMSI进行复核，防止未经许可的移动台使用移动网IMSI：国际移动设备识别码Page20中国电子科技集团公司第二十二研究所Page21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EIR的功能中国电子科技集团公司第二十二研究所操作支持子系统（OSS）操作支持子系统（OSS）需完成许多任务，包括移动用户管理、移动设备管理以及网路操作和维护。移动用户管理可包括用户数据管理和呼叫计费移动设备管理是由移动设备识别寄存器（EIR）来完成的，EIR与NSS的功能实体之间是通过SS7信令网路的接口互连，为此，EIR也归入NSS的组成部分之一。网路操作与维护是完成对GSM系统的BSS和NSS进行操作与维护管理任务的，完成网路操作与维护管理的设施称为操作与维护中心（OMC）。可以认为，操作支持子系统（OSS）已不包括与GSM系统的NSS和BSS部分密切相关的功能实体，而成为一个相对独立的管理和服务中心。功能：OSS是操作人员与系统设备间的中介实现对系统的集中操作与维护：移动用户管理、移动设备管理、网络操作维护OSS：OMC-R（操作维护中心-无线部分）：对BSS的操作与管理OMC-S（操作维护中心-系统部分）：对MSC、VLR、HLR等的维护Page22中国电子科技集团公司第二十二研究所移动用户号码MSISDNMSISDN是指主叫用户为呼叫GSMPLMN中的一个移动用户所需拨的号码，作用同于固定网PSTN号码采取E.164编码方式存储在HLR和VLR中，在MAP接口上传送例：13900188210Page23CC：国家码，如中国为86。NDC：国内网络接入号码，如139、130等等。SN：用户号码，采用等长8位编号计划，由运营商决定MSISDN的一般格式为86-139-H0H1H2H3ABCDCCNDCSN移动台国内有效ISDN号码移动台国际ISDN号码中国电子科技集团公司第二十二研究所国际移动用户识别码IMSIPage24Notmorethan15digits3digits2digitsIMSIMCCMNCMSINNMSIMCC：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和02，联通为01。MSIN：移动用户识别码，在某一PLMN内MS唯一的识别码,编码格式为:H1H2H3SXXXXXXNMSI：在某一国家内MS唯一识别码。有MNC和MSIN组成中国电子科技集团公司第二十二研究所临时识别码TMSITMSI是为了加强系统的保密性而在VLR内分配的临时用户识别，在某一VLR区域内与IMSI唯一对应。TMSI分配原则：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。Page25中国电子科技集团公司第二十二研究所移动台漫游号MSRNMSRN是指当移动台漫游后为使GSM移动通信网能再进行路由选择把来话呼叫转移到移动台当前所登记的MSC而由VLR临时分配给移动台的一个号码Page26中国电子科技集团公司第二十二研究所全球小区识别码CGICGI是所有GSMPLMN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CI：由运营部门自定义的小区识别码,是2个字节长的十六进制BCD码，可由运营部门自定例：4600017A728FDPage27中国电子科技集团公司第二十二研究所位