移动通信知识之GSM

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  GSM系统组成

移动台MS、基站子系统BSS和网络子系统NSS组成GSM系统的实体部分。操作支持系统（OSS）则提供运营部门一种手段来控制和维护这些实际运行部分。

1. 移动台（MS）
移动台的类型不仅包括手持台，还包括车载台和便携式台。
移动台另外一个重要的组成部分是用户识别模块（SIM），它基本上是一张符合ISO标准的“智慧”卡，它包含所有与用户有关的和某些无线接口的信息，其中也包括鉴权和加密信息。使用GSM标准的移动台都需要插入SIM卡，只有当处理异常的紧急呼叫时，可以在不用SIM卡的情况下操作移动台。SIM卡的应用使移动台并非固定地缚于一个用户，因此，GSM系统是通过SIM卡来识别移动电话用户的，这为将来发展个人通信打下了基础。
2. 基站子系统（BSS）
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。
3. 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。
4. 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。用户数据管理一般由归属用户位置寄存器（HLR）来完成这方面的任务，HLR是NSS功能实体之一。用户识别卡SIM的管理也可认为是用户数据管理的一部分，但是，作为相对独立的用户识别卡SIM的管理，还必须根据运营部门对SIM的管理要求和模式采用专门的SIM个人化设备来完成。呼叫计费可以由移动用户所访问的各个移动业务交换中心MSC和GMSC分别处理，也可以采用通过HLR或独立的计费设备来集中处理计费数据的方式。
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GSM系统主要接口
GSM系统的主要接口是指A接口、Abis接口和Um 接口。这三种主要接口的定义和标准化能保证不同供应商生产的移动台、基站子系统和网路子系统设备能纳入同一个GSM数字移动通信网运行和使用。
(1) 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，从系统的功能实体来说，就是移动业务交换中心（MSC）与基站控制器（BSC）之间的互连接口，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。
(2) Abis接口
Abis 接口定义为基站子系统的两个功能实体基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）之间的通信接口，用于BTS（不与BSC并置）与BSC之间的远端互连方式，物理链接通过采用标准的2.048Mb/s 或64kbit/s PCM 数字传输链路来实现。图3-4所示的BS接口作为Abis接口的一种特例，用于BTS（与BSC并置）与BSC之间的直接互连方式，此时BSC与BTS之间的距离小于10米。此接口支持所有向用户提供的服务，并支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配。
(3) Um接口（空口接口）
Um 接口（空中接口）定义为移动台与基站收发信台（BTS）之间的通信接口，用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通，其物理链接通过无线链路实现。此接口传递的信息包括无线资源管理，移动性管理和接续管理等。

GSM系统与其它公用电信网的接口
其它公用电信网主要是指公用电话网（PSTN），综合业务数字网（ISDN），分组交换公用数据网（PSPDN）和电路交换公用数据网（CSPDN）。GSM系统通过MSC与这些公用电信网互连，其接口必须满足CCITT的有关接口和信令标准及各个国家邮电运营部门制定的与这些电信网有关的接口和信令标准。
根据我国现有公用电话网（PSTN）的发展现状和综合业务数字网（ISDN）的发展前景，GSM系统与PSTN和ISDN网的互连方式采用7号信令系统接口。其物理链接方式是通过MSC与PSTN或ISDN交换机之间标准2.048Mbit/s 的PCM 数字传输实现的。
如果具备ISDN交换机，HLR与ISDN 网之间可建立直接的信令接口，使ISDN 交换机可以通过移动用户的ISDN号码直接向HLR 询问移动台的位置信息，以建立至移动台当前所登记的MSC之间的呼叫路由。
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区域定义
    在小区制移动通信网中，基站设置很多，移动台又没有固定的位置，移动用户只要在服务区域内，无论移动到何处，移动通信网必须具有交换控制功能，以实现位置更新、越区切换和自动漫游等性能。
服务区
    服务区是指移动台可获得服务的区域，即不同通信网（如PLMN、PSTN或ISDN）用户无需知道移动台的实际位置而可与之通信的区域。
    一个服务区可由一个或若干个公用陆地移动通信网（PLMN）组成，可以是一个国家或是一个国家的一部分，也可以是若干个国家。
公用陆地移动通信网（PLMN）
    PLMN是由一个公用陆地移动通信网（PLMN）提供通信业务的地理区域。PLMN可以认为是网路（如ISDN网或PSTN网）的扩展，一个PLMN区可由一个或若干个移动业务交换中心（MSC）组成。在该区内具有共同的编号制度（比如相同的国内地区号）和共同的路由计划。MSC构成固定网与PLMN之间的功能接口，用于呼叫接续等。
MSC区
    MSC是由一个移动业务交换中心所控制的所有小区共同覆盖的区域构成PLMN网的一部分。一个MSC区可以由一个或若干个位置区组成。
位置区
    位置区是指移动台可任意移动不需要进行位置更新的区域。位置区可由一个或若干个小区（或基站区）组成。为了呼叫移动台，可在一个位置区内所有基站同时发寻呼信号。
基站区
    由置于同一基站点的一个或数个基站收发信台（BTS）包括的所有小区所覆盖的区域。
小区
    采用基站识别码或全球小区识别进行标识的无线覆盖区域。在采用全向天线结构时，小区即为基站区。

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移动识别号
IMSI (International Mobile Subscriber Identity)：
    IMSI是GSM系统分配给移动用户(MS)的唯一的识别号，此码在所有位置，包括在漫游区都是有效的。
    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。
    MCC：Mobile Country Code，移动国家码，三个数字，如中国为 460。
    MNC：Mobile Network Code，移动网号，两个数字，如中国邮电的MNC为00。
    MSIN：Mobile Subscriber Identification Number，在某一PLMN内MS唯一的识别码。编码格式为：H1 H2 H3 S XXXXXX
    NMSI：National Mobile Subscriber Identification，在某一国家内MS唯一的识别码。
    典型的IMSI举例：460-00-4777770001
    IMSI分配原则：
    最多包含15个数字(0-9)。
    MCC在世界范围内统一分配，而NMSI的分配则是各国运营者自己的事。
    如果在一个国家有不止一个GSM PLMN，则每一个PLMN都要分配唯一的MNC。
    IMSI分配时，要遵循在国外PLMN最多分析MCC+MNC就可寻址的原则。
    UpdateLocation、PurgeMS、SendAuthenticationInfo必需用IMSI寻址
    RestoreData一般用IMSI寻址，目前所有到HLR的补充业务的操作都是用IMSI寻址。
TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity)：
    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，它在某一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。
    TMSI的32比特不能全部为1，因为在SIM卡中比特全为1的TMSI表示无效的TMSI。
    要避免在VLR重新启动后TMSI重复分配，可以采取TMSI的某一部分表示时间或在VLR重起后某一特定位改变的方法。
LMSI (Local Mobile Subscriber Identity)：
    LMSI是为了加快VLR用户数据的查询速度而由VLR在位置更新时分配，然后与IMSI一起发送往HLR保存，HLR不会对它做任何处理，但是会在任何包含IMSI的消息中发送往VLR。
    LMSI的长度是四个字节，没有具体的分配原则要求，其结构由各运营部门自定。
MSISDN(Mobile Subscriber International ISDN/PSTN number)：
    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
    结构说明：
    CC： Country Code，国家码，如中国为86。
    NDC：National Destination Code，国内接入号，如中国移动的NDC目前有139、138、137、136、135。
    SN：Subscriber Number
    MSISDN的一般格式为86-139(或8-0)-H1 H2 H3 ABCD
    典型的MSISDN举例：861394770001
    SendRoutingInfo与SendIMSI都是用MSISDN寻址的
    在中国，移动用户号码升位为11位，在H1H2H3前面加了一个H0（0~9），其一般格式变为86-139（或8-0）-H0H1H2H3ABCD，典型的号码举例：8613904770001
MSC-Number(MSC号码)/VLR-Number(VLR号码)
    采取E.164编码方式
    编码格式为
    CC+NDC+LSP
    其中CC、NDC含义同MSISDN的规定，LSP(lacally significant part)由运营者自己决定。
    典型的MSC-Number为86-139-0477
    PerformHandover与PrepareHandover都是用MSC-Number寻址的
    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
    在中国，MSC号码和VLR号码均已升位，在M1M2M3前面加了一个0，典型的号码举例：8613900477
    SendIdentification、CancelLocation、InsertSubscriberData、DeleteSubscriber Data、Reset、ProvideRoamingNumber等操作都必需用VLR-Number寻址，而SendParameters操作则可以用VLR-Number寻址。
Roaming-Number(漫游号码)与Handover-Number(切换号码)
    Roaming-Number简称MSRN，Handover-Number简称HON
    在移动被叫或切换过程中临时分配，用于GMSC寻址VMSC或MSCA寻址MSCB所用，在接续完成后立即释放。它对用户而言是不可见的。
    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
    典型的Roaming-Number或Handover-Number为86-139-0477XXX
    因MSISDN号码、MSC号码、VLR号码均已升位，MSRN和HON也随之升位，典型的升位后的MSRN和HON号码为86-139-00477ABC
    对于MSRN的分配有两种：
    在起始登记或位置更新时，由VLR分配MSRN后传送给HLR。当移动台离开该地后，在VLR和HLR中都要删除MSRN，使此号码能再分配给其它漫游用户使用。
    在每次移动台有来话呼叫时，根据HLR的请求，临时由VLR分配一个MSRN，此号码只能在某一时间范围（比如90秒）内有效。
    对于HON，它是用于两移动交换区（MSC区）间进行切换时，为建立MSC之间通话链路而临时使用的号码。
HLR-Number(HLR 号码)
    采取E.164编码方式
    编码格式为
    CC+NDC+H1 H2 H3 0000；升位后变为：CC+NDC+H0H1H2H3000
    其中CC，NDC含义同MSISDN的规定。
    典型的HLR-Number为86-139-4770000；升位后为861390477000
    用IMSI寻址的操作，除了必需用的之外，都可转换为用HLR-Number寻址
LAI(Location Area Identification--位置区)
    在检测位置更新时，要使用位置区识别LAI。
    MCC与MNC与IMSI中的相同。
    LAC：Location Area Code，是2个字节长的十六进制BCD码，0000与FFFE不能使用。
CGI(Cell Global Identification--全球小区识别)
    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。
RSZI (Regional Subscription Zone Identity)
    RSZI明确地定义了用户可以漫游的区域
?  CC与NDC同MSISDN中的含义相同。
    ZC(Zone Code)在某一PLMN内唯一地识别允许漫游的区域，它是由运营者设定，在VLR内存储。
    RSZI并不在HLR与VLR之间传送，而只有ZC在位置更新时，从HLR传送到VLR，用于VLR判断某用户是否允许在该VLR区域内漫游。
BSIC（基站识别色码）
    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。BSIC为一个6比特编码，其组成如图4-6所示。
    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。
IMEI（国际移动设备识别码）
    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。IMEI的组成如图4-7所示：
    IMEI的组成
    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。