[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=3×k D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4×3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,PSTN ISDN,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 SXXXXXX NMSI：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 Number MSISDN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+LSP CC、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MSISDN CC，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+CI CI：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,PVLR MS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,