[信息与通信]MA000004 GSM通信原理BSC.ppt

,华为用户培训中心,MA000004 GSM通信原理（BSC）,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,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,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。,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。,频分多址FDMA,FDMA是以不同的频率信道来实现通信,时间,频率,FDMA,时分多址TDMA,TDMA是以不同的时隙实现通信,时间,频率,TDMA,码分多址CDMA,CDMA是以不同的代码序列来实现通信,时间,频率,CDMA,码,C,1,C,1,f,1,P,0,f,1,P,0,R,R,C/I=,C/I=,D,(D/R)2=3kD频率复用距离R小区半径K频率复用模式,频率复用,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）,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,1,K=4,1,1,1,1,2,1,3,4,5,6,7,1,1,K=7,A3,A1,A2,B3,B1,B2,C3,C1,C2,A3,A1,A2,A3,A1,A2,B3,B1,B2,C3,C1,C2,C3,C1,C2,A3,A1,A2,B3,B1,B2,C3,C1,C2,A3,A1,A2,A3,A1,A2,B3,B1,B2,C3,C1,C2,C3,C1,C2,A3,A1,A2,B3,B1,B2,C3,C1,C2,A3,A1,A2,A3,A1,A2,B3,B1,B2,C3,C1,C2,C3,C1,C2,K=3,3x3,小区复用模式,小区复用模式,GSM最基本的频率复用模式为43频率复用“4”表示4个站点，“3”表示每个站点有3个小区，由这12个小区组成一个小区群。同一小区群中的不同小区，频率是不同的。,1,8,9,2,10,4,6,5,3,7,11,12,R,2.GSM系统结构与接口,2.1 GSM系统结构与功能,2.2 GSM主要接口,2.1 GSM系统结构与功能,OMC,HLR/AUC/EIR,SMC,MSC/VLR,BSC,其他MSC,BTS,MS,MS,BTS,BTS,MAP接口,A-bis接口,A接口,PSTNISDN,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。,BSC的功能,接口管理,BTS-BSC之间的信道管理,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,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。,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。,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,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。,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，HLR也存储部分漫游移动用户所在MSC区域的有关动态数据。,AUC的功能,鉴权中心(AUC)存储着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。,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。,MS,BTS,BSC,MSC,Um接口,Abis接口,A接口,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,Abis接口,Abis 接口定义为基站控制器(BSC)和基站收发信台(BTS)之间的通信接口.物理链接通过采用标准的2.048Mb/s 数字传输链路来实现。采用LAPD协议,Um接口,Um 接口(空中接口)定义为移动台与基站收发信台(BTS)之间的无线通信接口。其物理链接通过无线链路实现。传递的信息包括无线资源管理，移动性管理和接续管理等。采用LAPDm协议,NSS内部接口,MSC,F接口,EIR,HLR/AUC,C接口,B接口,VLR,D接口,G接口,VLR,B接口,MSC,E接口,MAP接口,哈尔滨,沈阳,天津,乌鲁木齐,兰州,西安,上海,武汉,成都,广州,拉萨,北京,3.GSM移动区域与编号计划,3.1 GSM区域定义,3.2 编号计划,3.1 GSM区域定义,.,服务区,PLMN区,MSC区.,MSC区.,位置区.,位置区.,基站区.,基站区.,小区,小区,.,.,PLMN区,Not more than 15 digits,3 digits,2 digits,IMSI,MCC,MNC,MSIN,NMSI,3.2 编号计划IMSI,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 SXXXXXXNMSI：在某一国家内MS唯一识别码。,IMSI,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,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。,MSISDN,CC：Country Code，国家码，如中国为86。NDC：National Destination Code，国内接入号，如139、130等等。SN：Subscriber NumberMSISDN的一般格式为86-139-H0 H1 H2 H3 ABCD,CC,NDC,SN,National(significant),Mobile number,Mobile station international,ISDN number,MSISDN,MSISDN是指主叫用户为呼叫GSM PLMN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：13900188210,MSC-Number/VLR-Number,编码格式为CC+NDC+LSPCC、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,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,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MSISDNCC，NDC含义同MSISDN的规定。,LAI,MCC：Mobile Country Code，移动国家码，中国为 460。MNC：Mobile Network Code，移动网号，两个数字，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,在检测位置更新时，要使用位置区识别LAI，寻呼移动台是以LAI为单位进行,Location Area Identification,MCC,MNC,LAC,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+CICI：Cell Identity,是2个字节长的十六进制BCD码，可由运营部门自定例：4600017A728FD,BSIC,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07)例：25,用于移动台识别相邻的、采用相同载频的、不同的基站收发信台（BTS），特别用于区别在不同国家的边界地区采用相同载频的相邻BTS.,基站识别色码BSIC,NCC,BCC,IMEI,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,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#,IMEI（15位数字）,TAC,SP,FAC,SNR,6个数字,2个数字,6个数字,1个数字,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,GSM网络结构,GSM系统业务网结构,DC1,TMSC1,TMSC1,MSC,MSC,MSC,TMSC1,网状网,TMSC1,TMSC2,TMSC2,一级移动汇接中心TMSC1,二级移动汇接中心TMSC2,普通移动交换中心MSC,GSM系统业务网为三级结构：,GSM系统业务网设置,TMSC1：8大区设一级汇接中心TMSC1：北京、上海、沈阳、南京、广州、武汉、成都、西安，彼此网状相连。TMSC2：每个省设若干二级汇接中心TMSC2，彼此网状相连，上连本区TMSC1，并在可能和必要时与邻大区的 TMSC1相连.MSC：按长途区号设移动交换中心MSC作为移动端局。,我国GSM业务网结构,GSM省内移动通信网,省内GSM通信网由省内若干移动本地网组成，设若干移动业务汇接中心（即二级汇接中心TMSC2）。TMSC2之间为网状网结构，TMSC2与MSC之间为星型网结构。TMSC2可以只作汇接中心，也可以既作端局又作汇接中心。,TMSC2/VLR,MSC/VLR,MSC/VLR,MSC/VLR,TMSC2/VLR,二级汇接中心(TMSC2),HLR,GSM移动业务本地网,原则上按长途区号为2位或3位的地区划分；MS在本地网内的呼叫不收长话费，MS在本地网内的移动不收漫游费；每个移动本地网应设一个或多个HLR和若干个MSC。,何为移动业务本地网？,移动业务本地网,HLR,TMSC2,MSC,外地MSC,GW,BSC,BTS,BTS,BTS,BTS,BTS,.,PSTN,关口局,Tm,TS,PSTN,本地PLMN,PLMN长途网,LS,LS,GW,GW,GW/MSC3,GW/MSC1,GW/MSC2,TMSC,GSM信令网结构,高级信令转接点,低级信令转接点,信令点,GSM信令网结构,GSM系统时钟同步网,C1,C2,C3,C4,C5,TMSC1,TMSC2,MSC/VLR,HLR/AUC,BSC,固定网,移动网,BTS,时钟同步要求,1,12,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,TMSC1、TMSC2的输入同步基准来自二级A类BITS；MSC/VLR的输入同步基准来自二级B类BITS；HLR/AUC的输入同步基准来自二级B类BITS；MSC/VLR至BSS间的数字链路兼作同步链路使用；BSS时钟为三级；,5、GSM通信流程,5.1 位置更新,5.2 切换,5.3 MS主叫,5.4 MS被叫,位置更新,MS开机，收LAI-B,发“位置更新请求”和 IMSI 或TMSI-A,向MS的HLR发“位置更新请求”和本 MSC/VLR号及MS的IMSI(直接来自MS 或据TMSI-A，向PVLR查询得),NO.7 信令MAP,向MS正访问的 MSC/VLR 回送含该 MS数据的“位置更新接受”消息,记存MS目前正访问 的 MSC/VLR的号码,在VLR中登记该MS数据，对其IMSI作附着标记，分配TMSI,经BSS向该MS回送 位置更新证实 消息 和重新分配的TMSI-B。,比较LAI-A和LAI-B，结果不同,改写SIM卡，以 LAI-B替换 LAI-A，TMSI-B替换TMSI-A,MS SIM卡 IIMSI MSISDN TMSI-A LAI-A鉴权密钥Ki 业务数据,HLR IMSI MSISDNI漫游地VLR地址 业务数据RAND/SRES/KC,至其它MSC/VLR的信令通路,A,E、G,C,Um,PVLRMS访问本位置区时曾登录的：IMSI MSISDN TMSI-A LAI-A,HLR通知MS原访问的 VLR(记PVLR)，删除该MS的所有登录，即作IMSI分离,由手机发起，分为常规位置更新和强制位置更新,MSC/VLR IMSI MSISDN MSRN LA I-B 业务数据,BSS,切换,MSC/VLR IMSI MSISDN MSRN LAI-B 业务数据,MS SIM卡 IIMSI MSISDNI LAI-A鉴权密钥Ki 业务数据,MSC/VLR IMSI MSISDN MSRN LAI-A 业务数据,BSS,BSS,BSS,BSS,MS SIM卡 IIMSI MSISDNI LAI-B鉴权密钥Ki 业务数据,在位置区LAI-A的MS已 建立稳定连接,正通话中,MS 向邻 区移 动,MS对邻近基站 的功率、距离和 话音质量作测量，将结果回送BTS,BTS对测量结果作预 处理后,送BSC计算和 判定是否需要切换,若需要切换，则向MSC-A 发切换请求,请求MSC-B建立 MS切换到MSC-B 所需的无线通道,并建立两MSC间的 连接,MSC-A向MS 发切换命令,MS完成到MSC-B的 切换；发切换确认息，经MSC-B送MSC-A,释放原 先占用 的资源,MSC IMSI MSISDN MSRN LAI 业务数 据,MS拨被叫号，向基站请求随机 接入信道，与MSC/VLR建 立信 令连接,采用NO.7信令用户部分ISDN/TUP，通过固定网(ISDN/PSTN)或移动网建立 至被叫用户的通路，并向被叫用户振铃,进入ID鉴权程序，请求HLR提供 主叫MS的多套鉴权三元参数组,MSC经基站向MS回送呼 叫证实信号,MSC/VLR IMSI MSISDN MSRN LAI-B 业务数据,BSS,MS SIM卡 IMSI MSISDN LAI-B鉴权密钥Ki 业务数据,HLR IMSI MSISDN漫游地VLR地址 业务数据RAND/SRES/Kc,任选一套三元参数 组中的RAND送MS,ISDN/PSTN,BSS,MS SIM卡 IIMSI MSISDNI LAI鉴权密钥Ki 业务数据,被叫摘机应答,C,E,A,A,Um,Um,LAPDm,LAPDm,向AUC取其生成的RAND/SRES/Kc 三元参数组多套，转送MSC/VLR,用收到的RAND 和SIM卡的Ki以 A3和A8算法算 出SRES和Kc，并把SRES发给 MSC/VLR,把MS送来的SRES 与所选三元参数组的 SRES作比较，若相同，则鉴权通过；若需加密，则设置加 密模式；为MS重新分配 TMSI；进入呼叫建立起始阶段,指配业务信道,11 向MS发应答(连接)信号，进入通话阶段,移动主叫,Um,GMSC IMSI MSISDN MSRN LAI 业务数 据,被叫MS回应寻呼消息，与MSC建立信令连接，振铃,在每次呼叫的基础上，VLR为已 漫游登记的该被叫MS分配一个 MSRN，并通知HLR,NO.7 信令MAP,HLR向该该MS正访问 的VLR发“MSRN请求”,被访MSC 从VLR中 获被叫 MS的有 关数据,MSC通过 位置区的 所有基站 向MS发送 寻呼消息,MSC/VLR IMSI MSISDN MSRN LAI-B 业务数据,BSS,MS SIM卡 IMSI MSISDN LAI-B鉴权密钥Ki 业务数据,HLR IMSI MSISDN漫游MS正访问的VLR的地址 业务数据RAND/SRES/Kc,把VLR分配的MSRN发给受理主 叫的网关移动交换中心GMSC,向被叫MS的 HLR询问该 MS正访问的 MSC/VLR的 地址,受理主叫 发来的呼 叫信令，分析被叫 号码,GMSC按获得的MSRN选路由，建立与被叫 MS正访问的MSC/VLR的连接通路,MS向主 叫送回铃 音，被叫 摘机通话 时即释放 MSRN,MTUP(MSRN),A,C,E,C,LAPDm,861380292,861390220,861394080000,861394087689,861394087689,移动被叫,小结,再见！,GSM移动通信概述,GSM系统结构与接口,GSM移动区域与编号计划,GSM移动通信网组网,GSM通信流程,