GSM空中接口过程分析

第1页GSM空中接口过程分析第一部分GSM网络结构和网络部件第2页第3页本部分内容综述GSM网络结构和网络。该部分主要是对基本GSM网络内容的复习。为下一步的空中接口部分打好基础。第4页一、GSM网络结构1，网络概述GSM系统由一系列功能单元组成。给出一个简单的网络结构图。图中的各个组成部件表示系统的每一功能单元。在实际的网络构成中，每一功能单元的出现比率不是图中所示的一次，可多次出现。各种网络部件的接口都采用标准接口，这样可以在一个网络中使用不同厂家的设备，比如可将Motorola的基站系统BSS与Ericsson的网络交换系统配合使用。一般整个系统可分成几个部分：（1），移动台MS（MobileStation）如手机、传真机等用户实际所使用的设备。（2），基站系统BSS（BaseStationSystem）为移动台MS和陆地交换设备提供无线连接的部分。（3），网络交换系统（NetworkSwitchingSystem）由MSC及一些相关的数据库组成，完成电话交换及提供GSM系统与PSTN的连接功能等。（4），操作与维护系统（OperationandMaintenanceSystem）使网络管理员能对网络进行集中操作与维护。第5页GSM系统网络构成基站系统网络交换系统操作与维护系统移动台PSTNNMCOMCMSCVLRECHLREIRAUCIWFXCDRBSCBTSSIMME接口/连接第6页二、网络部件1，移动台MS移动台是用户设备，它可以是车载型、便携型和手持型三种。它的物理设备和移动用户是完全独立的。包括两部分：移动设备ME(MobileEquipment)和用户识别模块SIM(SubscriberIdentifyModule，一般也叫做SIM卡即智能卡)。（1），ME移动设备ME是用户所使用的硬件设备，用来接入到系统，每部移动设备都有一个唯一的对应于它的永久性识别号，该识别号称为国际移动设备识别号IMEI(InternationalMobileEquipmentIdentity)。对于不同类型的移动台，其最大输出功率也不同。移动台必须有一个特定的标志供网络识别，该标志称为级别标志(Classmark),移动台在发送初始化消息时发送此标志。级别标志Classmark中包含以下信息：a,版本级别指示该移动台是一期(Phase1)或二期(Phase2)的移动台。b,最大发射功率该移动台的最大发射功率，在切换及功率控制时会用到，用移动台功率级别号表示。c,加密算法指示移动台使用的是哪种加密算法。目前在一期GSM中只有一种算法（A5），但二期(Phase2)GSM规范规定了多种算法(A5/0-A5/7)。d,频率范围指示该移动台收发信号所能使用的频段。不是所有的移动台都支持扩展频段。e,短消息功能指示该移动台是否可以接收短消息。第7页移动设备M.E级别标志（classmark）包含信息：发射功率等级功率级功率输出120瓦特（已不用）28瓦特35瓦特42瓦特50.8瓦特支持Phase1,Phase2或Phase2+规范加密频率短消息服务第8页（2），SIM卡SIM卡插入到移动设备中，用来识别移动用户的身份，存有一些该用户能获得什么服务信息及一些其他的信息。SIM卡中存有移动用户身份识别号，称为国际移动用户识别号IMSI(InternationalMobileSubscriberIdentity)。如果移动设备内没有插SIM卡,只能用来做紧急呼叫。将移动设备识别号与移动用户身份识别号分开后，系统就可以根据移动用户来计费，而不是根据移动设备来计费了。SIM卡中包含的信息有：国际移动用户身份识别号IMSIIMSI(InternationalMobileSubscriberIdentity)用来识别移动用户,仅在初始化时才在空中发送。临时移动用户身份识别号TMSITMSI(TemporaryMobileSubscriberIdentity)用来临时性的识别移动用户,该号码会周期性的改变,防止有人从空中截获该号码后盗话。位置区识别号LAI(LocationAreaIdentity)指示移动用户当前所在的位置区。用户身份鉴权密键Ki(SubscriberAuthenticationKey)在用户身份鉴权时使用。MSISDNMSISDN(MobileStationInternationalServiceDigitalNetwork)是移动台的电话号码,含有国家码,国内码,及移动用户号码。SIM卡中的信息在SIM卡发行之后大多是不可读的(如Ki)或不可改的,(如IMSI)。另外有一些信息，如LAI，会不停的改变，以反映移动台当前所在的位置。SIM卡以及系统高度的固有安全性，能有效的防止盗话。SIM卡是很难复制的，而且还可以给SIM卡加一个类似信用卡密码的个人密码，即PIN码(PersonalIdentityNumberPassword),防止有人盗用。SIM卡还存有一些其它信息，如计费信息，对这些信息用户可以直接通过手机按键功能查看。SIM卡另外还执行鉴权算法。第9页SIM卡SIM卡(实际大小)全尺寸SIM卡迷你型SIM卡第10页2，基站子系统（BSS）基站子系统包括：射频设备和控制设备。提供移动台和MSC之间的连接。主要包括：BTS、BSC、XCDR。（1），BTS（基站收发信台）BTS是GSM网络中由于和移动台通信的部分。包含了射频部分（如天线等），为各个小区提供空中接口。（2），BSC（基站控制器）BSC直接与MSC相连。是BSS中的控制部分。BSC可以控制一个或多个BTS，BSC可控制的最大BTS数，与BSC的软件有密切关系。此外，BSC也可不通过MSC进行INTERNAL的切换。（3），XCDR(编解码器)XCDR被用做编解来自与移动台的信号，使信号能够在陆地链路中有效的传输。由于它经常放在MSC一边，所以，常称为RXCDR。第11页基站子系统XCDRBSCBTSBTSBTSBTSBSS第12页3，网络交换子系统（NSS）网络交换系统包含了GSM网络的主要交换功能。它同时也包括用户数据和移动网管理所需的数据库。主要的功能是管理GSM网络和其余通信网络之间的通信。移动交换机MSC在GSM系统中，MSC能完成呼叫交换以及其他交换设备一样的功能（计费，操作和维护，中继接口等）。同时，MSC作为网关交换机GMSC提供PSTN和BSS之间的接口。归属位置寄存器HLRHLR是为用户单元提供参数的参考数据库。每一个用户单元唯一属于一个HLR，用户通过IMSI或者MSISDN接入到HLR中。HLR主要包括用户单元的IMSI、MSISDN、当前在VLR中的信息、补充业务信息、用户状态、鉴权键Ki、用户漫游识别号MSRN等。拜访位置寄存器VLRVLR包含当前本区域所有用户单元的参数的数据库。它包含有从HLR拷贝来的有关这些用户单元的数据。如：用户状态、MSRN等；也包括LAI、TMSI等。鉴权中心AUCAUC是一个进程系统，它执行鉴权功能。AUC通常和HLR结合在一起，在鉴权是和用户单元中的SIM卡共同完成鉴权功能。网络互连功能IWFIWF提供GSM系统和多种格式的公用和私用数据网络的接口。第13页网络交换子系统操作与维护系统网络交换系统VLRHLRAUCEIRRMSCECIWFBSSPSTN第14页它完成速率适配和协议转换功能。回音消除器EC由于系统的时延和二四线转换，系统不可避免有声学回声。EC的加入，可消除远端回声。第15页网络交换子系统操作与维护系统网络交换系统VLRHLRAUCEIRRMSCECIWFBSSPSTN第16页4，操作维护子系统（OMS）操作和维护子系统可以对整个GSM网络进行远程控制。它包括两部分：网络管理中心NMCNMC是全网管理的最高层，每一个网络只有一个。目前，我国没有设此项。操作维护中心OMCOMC具有软件和数据库的管理、统计数据的收集、事件/告警的管理等功能。每一个网络可有多个OMC。目前，OMC有OMC-R和OMC-S两种，如Ericsson的交换机和BSS共用一个OMC-S。MOTOROLA只有OMC-R，用于对BSS系统的管理等。第17页操作维护子系统网络第18页第二部分GSM网络信令链路及流程ESTS-G04V2.0第19页东方通信第二部分GSM网络中的信令链路及简要的信号流程第二部分GSM网络信令链路及流程ESTS-G04V2.0第20页东方通信一、GSM网络中的信令链路GSM网络中，陆地链路除传送话音和数据信息外，还传送大量的信令信息。信令在陆地链路上传输，采用几种标准的信令接口方式：2MBPS中继C7（或为NO.7.）信令协议X.25分组交换协议LAPD（Linkaccessprocedure“D”）协议我们可以通过对应的OSI（opensysteminterface）来看，这些标准信令方式在OSI分层结构中处在的位置。第二部分GSM网络信令链路及流程ESTS-G04V2.0第21页东方通信OSIX.25LAPBMTP(C7)LAPDABIS2Mbit/s中继C7应用部分X.25应用部分4-7用户应用部分3网络层2链路层1物理层OSI分层结构第二部分GSM网络信令链路及流程ESTS-G04V2.0第22页东方通信1，2MBPS中继（30路PCM）对面图中加粗部分是指使用2MBPS中继的连接。2MBPS中继用在PSTN与MSC之间、MSC之间、MSC与BSC之间以及BSC与BTS之间，传送话务和信令。这些链路也用在MSC和IWF之间。每条2.048MBPS链路可提供30条64kbit/s通路用于传输话音、数据或信令信息。信令信息可能是指C7，LAPD或X.25格式的信息。这些2MBPS中继一般用作GSM系统中所有陆地接口的物理载体。2MBPS中继帧结构：TS0TS1-15TS16TS17-31TS＃作用01－151617－31帧同步/差错检测/信令/告警话务C7信令（也可用其它时隙来传C7信令）话务注：TS＝Timeslot时隙第二部分GSM网络信令链路及流程ESTS-G04V2.0第23页东方通信2MBPS中继NMCOMCBSSMSVLRXCMSCXCIWFECVLRHLRAUCMSCEIRECIWFXCBTSBSCBTSBTSBTSBTSBTSBTSMSBSCBTSBTSBTSMSPSTN第二部分GSM网络信令链路及流程ESTS-G04V2.0第24页东方通信2，X.25接口使用了X.25协议的接口如图中加粗部分所示。OMC通过X.25消息包与所有它控制和监视的网络实体通信。X.25连接一般就是2MBPS中继中的某一专用时隙。OMC到BSS的X.25连接可能是通过MSC“钉连”（软件设置的固定连接），也可能是采用完全独立的物理路由。X.25协议的帧结构：FLAG标志FRAMECHECKSEQUENCE帧校验序列INFORMATION信息CONTROL控制信息ADDRESS地址FLAG标志最后发送的比特（LAPB帧）最先发送的比特第二部分GSM网络信令链路及流程ESTS-G04V2.0第25页东方通信X.25协议NMCOMCBSSMSVLRXCMSCXCIWFECVLRHLRAUCMSCEIRECIWFXCBTSBSCBTSBTSBTSBTSBTSBTSMSBSCBTSBTSBTSMSPSTN第二部分GSM网络信令链路及流程ESTS-G04V2.0第26页东方通信3，NO.7协议系统使用了C7的接口如对面图中加粗部分所示，这些接口用来传送主要网络实体之间以及系统与PSTN之间的信令和控制信息。不同GSM网络实体之间使用的七号信令应用部分也不尽相同：在MSC与PSTN之间，MSC要完成电话呼叫信令功能，故使用TUP电话用户部分（TelephoneUserPart），MSC与ISDN之间则使用ISUP（ISDN用户部分，ISDNUserPart）MSC与BSS之间使用BSSMAP（基站系统管理应用部分BaseStationSystemManagem