GSM通信原理BSC
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MA000004 GSM通信原理（BSC ）
华为用户培训中心
2020/9/29
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
2020/9/29
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
2020/9/29
BSC的功能
接口管理 BTS-BSC之间的信道管理 无线参数及无线资源管理 无线链路的测量 话务量统计 切换 支持呼叫控制 操作与维护
2020/9/29
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。
2020/9/29
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。
✓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）
C1
C1
C/I=γ f1
P0 R
D
f1 P0 R
C/I=γ
(D/R)2=3×k D—频率复用距离 R—小区半径 K—频率复用模式
小区复用模式
A1
A1
A1
A3
A3
A3
A2
C1
A2
C1
A2
C1
3x3
C3
C3
C3
B1
C2
B1 C2
B1 C2
B3
B3
B3
B2
A1
B2
A1 B2
A1
A3
A3
A3
C1 A2
C1 A2
C1 A2
C3
C3
C3
C2
B1
C2
B1
C2
B1
B3
B3
B3
A1
B2
A1
B2
A1
B2
A3
A3
A3
A2
C1
A2
C1
A2
C1
C3
C3
C3
C2
C2
2020/9/29
NSS内部接口
MSC
B接口
E
VLR
接 口
G接口
VLR
B接口
MSC
2020/9/29
F接口 C接口
D接口
MAP接口
EIR HLR/AUC
3.GSM移动区域与编号计划
3.1 GSM区域定义
3.2 编号计划
2020/9/29
乌鲁木齐 拉萨
哈尔滨
兰州 成都
沈阳
北京 天津
西安 武汉
上海
2020/9/29
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。
2020/9/29
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。
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
2020/9/29
BSIC
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.
NCC
BCC
基站识别色码BSIC
2020/9/29
频分多址FDMA
FDMA是以不同的频率信道来实现通信
时间
FDMA
2020/9/29
频率
时分多址TDMA
TDMA是以不同的时隙实现通信
时间
TDMA
2020/9/29
频率
码分多址CDMA
CDMA是以不同的代码序列来实现通信
时间
CDMA 码
2020/9/29
频率
频率复用
2020/9/29
2020/9/29
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
2020/9/29
GSM网络结构
2020/9/29
GSM系统业务网结构
GSM系统业务网为三级结构：
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
MCC
MNC IMSI
MSIN NMSI
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。
2020/9/29
IMSI
✓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。
2020/9/29
MSISDN
CC
NDC
SN
National (significant) Mobile number
C2
K=3
4
3
1
2
4
1
3
1
4
2
3
1
2 K=4
1
1
1
12
1
345
671
1
2020/9/29
K=7
小区复用模式
15 9
37 11
6 2 10
8 4
12
R
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。
Mobile station international ISDN number
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
2020/9/29
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
2020/9/29
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。
2020/9/29
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。
Um接口
Abis接口
A接口
MS
BTS
BSC
MSC
2020/9/29
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
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
2020/9/29
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
2020/9/29
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
2020/9/29
MSC-Number/VLRNumber
广州
3.1 GSM区域定义
服务区
PLMN区 MSC区... 位置区... 基站区...
小区
......
PLMN区
MSC区...
位置区...
基站区... .....
小区 ......
.
2020/9/29
3.2 编号计划—IMSI
Not more than 15 digits
3 digits
2 digits
6个数字
TAC
2个数字
FAC
6个数字
SNR
IMEI（15位数字）
1个数字
SP
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
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。
2020/9/29
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。
2020/9/ຫໍສະໝຸດ Baidu9
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。
2020/9/29
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
2020/9/29
2.1 GSM系统结构与功能
BTS BSC
A-bis接口
其他MSC
MSC/VLR
A接口
PSTN ISDN
MS
BTS
MAP接口
MS
2020/9/29
BTS
SMC
HLR/AUC/EIR
OMC
2020/9/29
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
2020/9/29
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。
✓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
2020/9/29
LAI
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
MCC
MNC
LAC
Location Area Identification
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，
✓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
2020/9/29
TMSI
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。
2020/9/29
TMSC1
TMSC1 网状网
DC1
TMSC1
TMSC1
TMSC2
TMSC2
2020/9/29
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
2020/9/29
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
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0—7) 例：25
2020/9/29
IMEI
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#
华为用户培训中心
2020/9/29
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
2020/9/29
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
2020/9/29
BSC的功能
接口管理 BTS-BSC之间的信道管理 无线参数及无线资源管理 无线链路的测量 话务量统计 切换 支持呼叫控制 操作与维护
2020/9/29
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。
2020/9/29
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。
✓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）
C1
C1
C/I=γ f1
P0 R
D
f1 P0 R
C/I=γ
(D/R)2=3×k D—频率复用距离 R—小区半径 K—频率复用模式
小区复用模式
A1
A1
A1
A3
A3
A3
A2
C1
A2
C1
A2
C1
3x3
C3
C3
C3
B1
C2
B1 C2
B1 C2
B3
B3
B3
B2
A1
B2
A1 B2
A1
A3
A3
A3
C1 A2
C1 A2
C1 A2
C3
C3
C3
C2
B1
C2
B1
C2
B1
B3
B3
B3
A1
B2
A1
B2
A1
B2
A3
A3
A3
A2
C1
A2
C1
A2
C1
C3
C3
C3
C2
C2
2020/9/29
NSS内部接口
MSC
B接口
E
VLR
接 口
G接口
VLR
B接口
MSC
2020/9/29
F接口 C接口
D接口
MAP接口
EIR HLR/AUC
3.GSM移动区域与编号计划
3.1 GSM区域定义
3.2 编号计划
2020/9/29
乌鲁木齐 拉萨
哈尔滨
兰州 成都
沈阳
北京 天津
西安 武汉
上海
2020/9/29
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。
2020/9/29
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。
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
2020/9/29
BSIC
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.
NCC
BCC
基站识别色码BSIC
2020/9/29
频分多址FDMA
FDMA是以不同的频率信道来实现通信
时间
FDMA
2020/9/29
频率
时分多址TDMA
TDMA是以不同的时隙实现通信
时间
TDMA
2020/9/29
频率
码分多址CDMA
CDMA是以不同的代码序列来实现通信
时间
CDMA 码
2020/9/29
频率
频率复用
2020/9/29
2020/9/29
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
2020/9/29
GSM网络结构
2020/9/29
GSM系统业务网结构
GSM系统业务网为三级结构：
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
MCC
MNC IMSI
MSIN NMSI
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。
2020/9/29
IMSI
✓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。
2020/9/29
MSISDN
CC
NDC
SN
National (significant) Mobile number
C2
K=3
4
3
1
2
4
1
3
1
4
2
3
1
2 K=4
1
1
1
12
1
345
671
1
2020/9/29
K=7
小区复用模式
15 9
37 11
6 2 10
8 4
12
R
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。
Mobile station international ISDN number
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
2020/9/29
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
2020/9/29
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。
2020/9/29
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。
Um接口
Abis接口
A接口
MS
BTS
BSC
MSC
2020/9/29
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
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
2020/9/29
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
2020/9/29
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
2020/9/29
MSC-Number/VLRNumber
广州
3.1 GSM区域定义
服务区
PLMN区 MSC区... 位置区... 基站区...
小区
......
PLMN区
MSC区...
位置区...
基站区... .....
小区 ......
.
2020/9/29
3.2 编号计划—IMSI
Not more than 15 digits
3 digits
2 digits
6个数字
TAC
2个数字
FAC
6个数字
SNR
IMEI（15位数字）
1个数字
SP
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
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。
2020/9/29
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。
2020/9/ຫໍສະໝຸດ Baidu9
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。
2020/9/29
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
2020/9/29
2.1 GSM系统结构与功能
BTS BSC
A-bis接口
其他MSC
MSC/VLR
A接口
PSTN ISDN
MS
BTS
MAP接口
MS
2020/9/29
BTS
SMC
HLR/AUC/EIR
OMC
2020/9/29
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
2020/9/29
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。
✓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
2020/9/29
LAI
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
MCC
MNC
LAC
Location Area Identification
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，
✓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
2020/9/29
TMSI
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。
2020/9/29
TMSC1
TMSC1 网状网
DC1
TMSC1
TMSC1
TMSC2
TMSC2
2020/9/29
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
2020/9/29
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
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0—7) 例：25
2020/9/29
IMEI
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#