【正文】 第 3章 GSM系統(tǒng) 第 3章 GSM系統(tǒng) 概述 GSM系統(tǒng)的組成 GSM系統(tǒng)的無線接口 編號與 GSM系統(tǒng)的業(yè)務(wù) 我國 GSM移動通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) GSM系統(tǒng)信令網(wǎng) GSM系統(tǒng)的控制與管理 呼叫接續(xù)流程 華為 GSM系統(tǒng)介紹 本章小結(jié) 習(xí)題與思考題 第 3章 GSM系統(tǒng) 概 述 GSM系統(tǒng)全稱為 數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng) (Global System for Mobile Communication)，俗稱“ 全球通” ，它依照歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)化委員會 (ETSI)制定的 GSM規(guī)范研制而成，是第二代移動通信技術(shù) (2G)。其開發(fā)目的是讓全球各地可以共同使用一個(gè)移動電話網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，讓用戶使用一部手機(jī)就能通遍全球。本節(jié)主要介紹 GSM系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)及 GSM系統(tǒng)的特點(diǎn)。 第 3章 GSM系統(tǒng) GSM系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù) 它包括 GSM 900和 DCS 1800兩個(gè)并行的系統(tǒng)。這兩個(gè)系統(tǒng)功能相同，其差別只是工作頻段不同。兩個(gè)系統(tǒng)均采用TDMA接入方式。 美國的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)研制較歐洲稍晚一些。雙方研制的大目標(biāo)不完全相同，泛歐 GSM系統(tǒng)是為了打破國界，實(shí)現(xiàn)漫游通話；美國的 DAMPS系統(tǒng)是為了擴(kuò)大容量，實(shí)現(xiàn)與模擬系統(tǒng)兼容。 DAMPS系統(tǒng)即 IS54標(biāo)準(zhǔn)。另外，還有日本的 PDC系統(tǒng)也采用 TDMA多址方式 。 第 3章 GSM系統(tǒng) 在 GSM小組的協(xié)調(diào)下， 1986年歐洲國家的有關(guān)廠家向GSM提出了 8個(gè)系統(tǒng)的建議，并在法國進(jìn)行移動試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進(jìn)行了論證比較。 1987年，就泛歐數(shù)字蜂窩狀移動通信采用時(shí)分多址 (TDMA)、規(guī)則脈沖激勵(lì) — 長期線性預(yù)測編碼 (RPELTP)、高斯濾波最小頻移鍵控調(diào)制方式 (GMSK)等技術(shù)，取得一致意見，并提出了如下主要參數(shù)： (1) 頻段：下行為 935～ 960 MHz(基站發(fā)，移動臺收 )；上行為 890～ 915 MHz(移動臺發(fā)，基站收 )。 (2) 載頻間隔： 200 kHz。 (3) 通信方式：全雙工。 第 3章 GSM系統(tǒng) (4) 信道分配：每載頻 8個(gè)時(shí)隙，包含 8個(gè)全速信道或 16個(gè)半速信道。 (5) 每時(shí)隙信道編碼速率： kb/s。 (6) 每個(gè)載波的傳輸速率： 270 kb/s。 (7) 調(diào)制方式： GMSK(高斯最小頻移鍵控 )。 (8) 接入方式： TDMA。 (9) 語音編碼： RPELTP， 13 kb/s的規(guī)則脈沖激勵(lì)長期線性預(yù)測編碼。 (10) 分集接收：跳頻每秒 217跳，交織信道編碼，自適應(yīng)均衡。 第 3章 GSM系統(tǒng) GSM系統(tǒng)的特點(diǎn) GSM系統(tǒng)的主要特點(diǎn)可歸納為如下幾點(diǎn)： (1) ?GSM系統(tǒng)的移動臺具有漫游功能，可以實(shí)現(xiàn)國際漫游。 (2) ?GSM系統(tǒng)提供多種業(yè)務(wù)，除了能提供 語音業(yè)務(wù) 外，還可以開放各種承載業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)和與 ISDN相關(guān)的業(yè)務(wù)。 (3) ?GSM系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，覆蓋區(qū)域內(nèi)的通信質(zhì)量高。 (4) ?GSM系統(tǒng)具有加密和鑒權(quán)功能，能確保用戶保密和網(wǎng)絡(luò)安全。 (5) ?GSM系統(tǒng)具有靈活和方便的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，頻率重復(fù)利用率高。 (6) ?GSM系統(tǒng)容量大、通語音質(zhì)好。 第 3章 GSM系統(tǒng) 電信業(yè)務(wù)：是指為用戶通信提供的，包括終端設(shè)備功能在內(nèi)的完整信息表達(dá)能力，屬于高層能力 。包括：話音業(yè)務(wù)；點(diǎn)對點(diǎn)短消息業(yè)務(wù) (SMS－ PP)，在 UMTS和 GSM接入網(wǎng)間提供無縫隙的點(diǎn)對點(diǎn)短消息；小區(qū)廣播短消息業(yè)務(wù) (SMS－ CB)，在 UMTS和 GSM接入網(wǎng)間提供無縫隙的小區(qū)廣播短消息；緊急呼叫， UMTS R99支持 GSM標(biāo)準(zhǔn)中定義的緊急呼叫。 承載業(yè)務(wù)： 則 提供用戶接入點(diǎn) (也稱用戶 /網(wǎng)絡(luò)接口 )間信號傳輸?shù)哪芰Γ?屬于低層能力，如電路承載、分組承載等。 補(bǔ)充業(yè)務(wù)：是對兩類基本業(yè)務(wù)的改進(jìn)和補(bǔ)充， 它不能單獨(dú)向用戶提供，必須與基本業(yè)務(wù)一起提供。 同一補(bǔ)充業(yè)務(wù)，可應(yīng)用到若干個(gè)基本業(yè)務(wù)中，比如呼叫轉(zhuǎn)移、來電顯示等等。 第 3章 GSM系統(tǒng) 特點(diǎn)之一，客戶與設(shè)備分離 (人機(jī)分開 )。在 GSM通信中，SIM卡與移動設(shè)備之間已設(shè)置一個(gè)開放式的公共接口，這樣，使用者與自己的設(shè)備之間沒有互相依存的關(guān)系。 特點(diǎn)之二，通信安全可靠。因?yàn)樵?SIM卡中有一個(gè)永久性的存儲器，既有存儲能力，又有進(jìn)行計(jì)算的能力，所以它屬于智能卡。 特點(diǎn)之三，成本低。它比電話磁卡的成本低，并且質(zhì)地結(jié)實(shí)耐用，易于推廣。 第 3章 GSM系統(tǒng) GSM系統(tǒng)的組成 GSM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 蜂窩移動通信系統(tǒng) GSM主要由交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng) (NSS)、基站子系統(tǒng) (BSS)、操作維護(hù)子系統(tǒng) (OSS)和移動臺 (MS)四大部分組成，如圖 31所示。 第 3章 GSM系統(tǒng) 舉例： 下一個(gè) 北京的固定電話 用戶撥打 廣州的一個(gè)移動用戶的 呼叫接續(xù)過程中各種識別碼的應(yīng)用過程。 1 2 3 4 5 6 第 3章 GSM系統(tǒng) P37 圖 31 GSM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 第 3章 GSM系統(tǒng) 1．交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng) (NSS： Network Switching Subsystem) 交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng) (NSS)主要完成 交換功能和客戶數(shù)據(jù)與移動性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能 。 NSS由一系列功能實(shí)體構(gòu)成，各功能實(shí)體介紹如下。 第 3章 GSM系統(tǒng) 1) 移動業(yè)務(wù)交換中心 (MSC) MSC是 GSM系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的核心，是對位于它所覆蓋區(qū)域中的移動臺進(jìn)行 控制和完成話路交換 的功能實(shí)體，也是移動通信系統(tǒng)與其他公用通信網(wǎng)之間的接口。 MSC可從歸屬位置寄存器(HLR)、設(shè)備識別寄存器 (EIR)和鑒權(quán)中心 (AUC)三種數(shù)據(jù)庫中獲取處理用戶位置登記和呼叫請求所需的全部數(shù)據(jù) 。反之，MSC也根據(jù)其最新得到的用戶請求信息 (如位置更新、越區(qū)切換等 )更新數(shù)據(jù)庫的部分?jǐn)?shù)據(jù)。 它可完成網(wǎng)絡(luò)接口、公共信道信令系統(tǒng)和計(jì)費(fèi)等功能，還可完成 BSS、 MSC之間的切換和輔助性的無線資源管理、移動性管理等。另外，為了建立至移動臺的呼叫路由，每個(gè) MSC還應(yīng)能完成入口 MSC(GMSC)的功能，即查詢位置信息的功能。 我記得小時(shí)候看電影時(shí)國民黨軍隊(duì)打了敗仗，總有一個(gè)軍長或司令拿起電話機(jī)呼呼呼地?fù)u動電話然然后惡狠狠地對電話那頭的人說：“給我接XXX！”然后鏡頭一轉(zhuǎn)，一個(gè)女兵將一個(gè)插頭從一個(gè)設(shè)備的孔中拔出，插到另一個(gè)孔里就開始通話了。 原來搞不清楚是為什么，我們平時(shí)打電話撥完號后就可以直接通話了，怎么還要別人轉(zhuǎn)接呢？現(xiàn)在搞清楚了，那個(gè)女兵就是接線員。她的工作就是將電話的兩個(gè)用戶線路接通（專業(yè)術(shù)語叫：接續(xù)）。 第 3章 GSM系統(tǒng) MSC通常是一個(gè)相當(dāng)大的數(shù)字程控交換機(jī)，能控制若干個(gè)基站控制器 (BSC)。目前一個(gè)典型的移動交換中心有 8～ 12個(gè)機(jī)架，大約能滿足一個(gè)百萬人口的省會城市的要求，使其移動通信的普及率達(dá)到中等程度。 對于容量比較大的移動通信網(wǎng)，一 個(gè)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng) (NSS)可包括若干個(gè)MSC、 VLR和 HLR。 案例 1：固化呼叫移動 當(dāng)固定用戶呼叫 GSM移動用戶時(shí)，無需知道移動用戶所處的位置，此呼叫首先被接入到入口移動業(yè)務(wù)交換中心 (稱為移動關(guān)口局或網(wǎng)管 MSC)，即 GMSC。入口交換機(jī)負(fù)責(zé)從 HLR中獲取移動用戶的位置信息，且把呼叫轉(zhuǎn)接到移動用戶所在的 MSC那里。 第 3章 GSM系統(tǒng) 2) 訪問用戶位置寄存器 (VLR： Visitor Location Register ) VLR是一個(gè) 動態(tài) 數(shù)據(jù)庫。 VLR服務(wù)于某一特定區(qū)域，當(dāng)移動用戶進(jìn)入某一 MSC管轄區(qū)域時(shí) ,由 MSC通知 VLR， VLR通過外部接口從 HLR中獲取所有的用戶數(shù)據(jù)。一旦移動用戶離開該 VLR的控制區(qū)域，則重新在另一個(gè) VLR登記，原來訪問的 VLR將取消臨時(shí)記錄的該移動用戶數(shù)據(jù)。因此， VLR是一個(gè)動態(tài)數(shù)據(jù)庫。 第 3章 GSM系統(tǒng) 3) 歸屬用戶位置寄存器 (HLR： Home Location Register) HLR是管理部門用于管理移動用戶呼叫資料的數(shù)據(jù)庫。當(dāng)一個(gè)人購買 移動 網(wǎng)的移動臺時(shí)， 他將被登記在該網(wǎng)絡(luò)的HLR中， HLR與各營業(yè)點(diǎn)的終端相連。 它儲存兩類數(shù)據(jù)： HLR是一個(gè)管理移動用戶的主要數(shù)據(jù)庫，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，系統(tǒng)可有一個(gè)或多個(gè) HLR。 HLR存儲以下方面的數(shù)據(jù)。 (1) 用戶信息：用戶信息中包括用戶的入網(wǎng)信息以及注冊的有關(guān)電信業(yè)務(wù)、傳真業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)等方面的數(shù)據(jù) 。 第 3章 GSM系統(tǒng) (2) 位置信息：利用位置信息能正確地選擇路由，接通移動臺呼叫，這是由通過該移動臺當(dāng)前所在區(qū)域提供服務(wù)的 MSC完成的。 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將用戶的管理數(shù)據(jù)存儲在 HLR中，并對每一個(gè)注冊的移動用戶分 配國際移動用戶識別碼 IMSI（在網(wǎng)上正確識別某個(gè)用戶，國際上唯一的識別一個(gè)移動用戶） 和移動用戶 ISDN號 (MSISDN，手機(jī)號碼。即被叫時(shí)的呼叫號碼 )。 第 3章 GSM系統(tǒng) 全國的移動通信系統(tǒng)我們看作是一個(gè)大網(wǎng)絡(luò)的話，每個(gè)城市的通信系統(tǒng)都是在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)子系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)都是由當(dāng)?shù)氐倪\(yùn)營商分公司獨(dú)立運(yùn)營，為各自服務(wù)區(qū)域的用戶提供獨(dú)立的通信服務(wù)，當(dāng)然產(chǎn)生的費(fèi)用就是當(dāng)?shù)剡\(yùn)營分公司的收入。當(dāng)拿著可以漫游的手機(jī)到其他城市（比如：上海）打電話時(shí)利用的是外地的通信網(wǎng)絡(luò)，這時(shí)就出現(xiàn)了一個(gè)問題：該用戶打手機(jī)產(chǎn)生的費(fèi)用到底是給手機(jī)注冊的武漢本地運(yùn)營商分公司還是給外地的上海運(yùn)營商分公司呢？ 不言而喻，漫游費(fèi)的出現(xiàn)就解決該問題?。ú贿^，我覺得這樣的收費(fèi)實(shí)在是對用戶很不公平?。? 為了繼續(xù)說明 VLR，我們先看看 HLR： HLR這個(gè)數(shù)據(jù)庫存儲著本地用戶的相關(guān)數(shù)據(jù)（武漢的用戶數(shù)據(jù)都在武漢的 HLR數(shù)據(jù)庫中，上海的用戶都在上海的 HLR數(shù)據(jù)庫中） 好了，我們繼續(xù)說明 VLR 當(dāng)我們拿著武漢的手機(jī)到上海時(shí)，我們的手機(jī)將自動與上海的移動通信系統(tǒng)取得聯(lián)系，上海的 VLR將收集到的手機(jī)用戶的一些基本信息后發(fā)現(xiàn)是外地（武漢）的手機(jī)，然后就聯(lián)系武漢的移動通信系統(tǒng)將我們手機(jī)存儲在武漢 HLR上的用戶信息拷貝到上海的 VLR上，這時(shí)上海的移動通信系統(tǒng)就知道你到了上海并可以開始為你提供通信服務(wù)了。 要說明的一點(diǎn)是： VLR數(shù)據(jù)庫是一個(gè)臨時(shí)數(shù)據(jù)庫，也就是說，當(dāng)你離開上海時(shí)，上海 VLR中你的數(shù)據(jù)就自動清除了。（當(dāng)然，你來過上海的事實(shí)系統(tǒng)有其他機(jī)制紀(jì)錄下來。） 第 3章 GSM系統(tǒng) 4) 鑒權(quán)中心 (AUC： Authentication Center ) AUC是為了防止非法用戶進(jìn)入 GSM系統(tǒng)而設(shè)置的安全措施。 AUC可以不斷地為每個(gè)用戶提供一組參數(shù)： RAND、SRES、 KC，在每次呼叫過程中檢查系統(tǒng)提供的和用戶響應(yīng)的該組參數(shù)是否一致，從而鑒別用戶身份的合法性。 AUC屬于 HLR的一個(gè)功能單元部分，專用于 GSM系統(tǒng)的安全性管理。 第 3章 GSM系統(tǒng) 舉例 :竊聽 固話裝了分機(jī)之后，容易被竊聽。 如果是手機(jī)，就沒有被竊聽的可能了？為什么？ AUC就可以提供這個(gè)方面的服務(wù)。 它為每一個(gè) MT的通話提供了一個(gè)加密的密鑰，在空氣中傳播的信息由于被密鑰加密而變成無法被外界理解。只有通話雙方能夠聽到正確的信息。這確實(shí)是一個(gè)令人振奮的消息。 當(dāng)然， AUC不僅僅存儲密鑰，同時(shí)還存儲了用戶對手機(jī)的使用權(quán)限的相關(guān)信息， 比如，當(dāng)我們的手機(jī)已經(jīng)欠費(fèi)時(shí)，這個(gè)欠費(fèi)的信息將會影響到我們無法繼續(xù)使用手機(jī)打電話。 實(shí)際上，既然 AUC存儲著許多同用戶安全方面的相關(guān)信息，所以 AUC是HLR的一個(gè)組成模塊 第 3章 GSM系統(tǒng) 5) 設(shè)備識別寄存器 (EIR： Equipment Identity Register ) EIR是又一種數(shù)據(jù)庫，它存儲著移動設(shè)備的 國際移動設(shè)備識別碼 (IMEI)。它將用戶提供的本機(jī) IMEI號碼與它所存儲的白色、黑色和灰色三種清單進(jìn)行對照，在表格中分別列出準(zhǔn)許使用的、失竊不準(zhǔn)使用的、出現(xiàn)異常需要監(jiān)視的移動設(shè)備的 IMEI號碼，當(dāng)發(fā)現(xiàn)該 IMEI號碼屬于黑色或灰色清單中的一種時(shí)，便不準(zhǔn)或讓用戶暫停使用。這樣便可以確保入網(wǎng)移動設(shè)備不是盜用的或是故障設(shè)備，確保注冊用戶的安全性。 第 3章 GSM系統(tǒng) 舉例：黑名單 實(shí)際上，黑白名單的機(jī)制不僅僅出現(xiàn)在移動通信領(lǐng)域，在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信中早有應(yīng)用：例如一個(gè)局域網(wǎng)上的用戶要訪問服務(wù)器，除了要有正確的用戶名和密碼外還在服務(wù)器上設(shè)定的那些 IP地址的用戶可以使用，那些不能使用，這不就是白名單和黑名單的最好例子嗎？！ 在 EIR中存有三種名單： 白名單 包括已分配給可參與運(yùn)營的 GSM各國的所有設(shè)備識別序列號碼。 黑名單 包括所有應(yīng)被禁用的設(shè)備識別碼。 灰名單