GSM知识点

青空杳然

（一）GSM系统的网络结构

GSM的历史可以追溯到1982年，当时，北欧四国向CEPT（Conference Europe of Post and Telecommunications)提交了一份建议书，要求制定900MHZ频段的欧洲公共电信业务规 范，以建立全欧统一的蜂窝系统。同年，成立了移动通信特别小组（GSM-Group Special Mobile)。在1982年～1985年期间，讨论焦点是制定模拟蜂窝网标准还是制定数字蜂窝网 标准问题，直到1986年决定为制定数字蜂窝网标准。1986年，在巴黎对不同公司、不同 方案的系统（8个）进行了比较，包括现场试验。1987年5月选定窄带TDMA方案。与此同时，18个国家签署了谅解备忘录，相互达成履行规范的协议。1988年颁布了GSM标准， 也称泛欧数字蜂窝通信标准。在现阶段，GSM包括两个并行的系统：GSM900和DCS1800， 这两个系统功能相同，主要是频率不同。在GSM建议中，未对硬件作出规定，只对功能和接口制定了详细规定，这样便于不同产品可以互通。GSM建议共有12个系统。

1.GSM系统的主要组成

GSM数字蜂窝通信系统的主要组成部分可分为移动台、基站子系统和网络子系统。 基站子系统（简称基站BS）由基站收发台（BTS）和基站控制器（BSC）组成；网络子系 统由移动交换中心（MSC）和操作维护中心（OMC）以及原地位置寄存器（HLR）、访问 位置寄存器（VLR）、鉴权中心（AUC）和设备标志寄存器（EIR）等组成。

2.GSM的区域、号码、地址与识别

1）区域划分

从地理位置范围来看，GSM系统分为GSM服务区，公用陆地移动网（PLMN）业务区、移动 交换控制区（MSC区）、位置区（LA）、基站区和小区。

*GSM服务区

由联网的GSM全部成员国组成，移动用户只要在服务区内，就能得到系统的各种服 务，包括完成国际 漫游。

*PLMN业务区

由GSM系统构成的公用陆地移动网（GSM/PLMN）处于国际或国内汇接交换机的级别上，该区域为PLMN业务区，它可以与公用交换电信网（PSTN）、综合业务数字网（ISDN） 和公用数据网（PDNN）互连，在该区域内，有共同的编号方法及路由规划。一个PLMN 业务区包括多个MSC业务区，甚至可扩展全国。

*MSC业务区

在该区域内，有共同的编号方法及路由规划。由一个移动交换中心控制区域称为 MSC业务区。一个MSC区可以由一个或多个位置区组成。

*位置区

每一个MSC业务区分成若干位置区（LA），位置区由若干基站区组成，它与一个或 若干个基站控制器（BSC）有关。在位置区内移动台移动时，不需要作位置更新。当寻 呼移动用户时，位置区内全部基站可以同时发寻呼信号。系统中，位置区域以位置区 识别码（LAI）来区分MSC业务区的不同位置区。

*基站区

一般指一个基站控制器所控制若干个小区的区域称为基站区。

*小区

小区也叫蜂窝区，理想形状是正六边形，一个小区包含一个基站，每个基站包含 若干套收，发信机，其有效覆盖范围决定于发射功率、天线高度等因素，一般为几公 里。基站可位于正六边形中心，采用全向天线，称为中心激励；也可位于正六边形顶 点（相隔设置），采用120度或60度定向天线，称为顶点激励。 若小区内业务量激增时，小区可以缩小（一分为四），新的小区俗称“小小区”， 在蜂窝网中称为小区分裂。

2）识别号码

GSM网络是十分复杂的，它包括交换系统，基站子系统和移动台。移动用户可以 与市话网用户、综合业务数字网用户和其它移动用户进行接续呼叫，因此必须具有多 种识别号码。

1>国际移动用户识别码（IMSI）

国际移动用户识别码是用于识别GSM/PLMN网中用户，简称用户识别码，根据GSM 建议，IMSI最大长度为15位十进制数字。

MCC MNC MSIN/NMSI

3位数字 1或者2位数字 10-11位数字

MCC-移动国家码，3位数字。如中国的MCC为460。

MNC-移动网号，最多2位数字。用于识别归属的移动通信网（PLMN）。

MSIN-移动用户识别码。用于识别移动通信网中的移动用户。

NMSI-国内移动用户识别码。由移动网号和移动用户识别码组成。

2>临时用户识别码（TMSI）

为安全起见，在空中传送用户识别码时用TMSI来代替IMSI，因为TMSI只在本地有效（即 在该MSC/VLR区域内），其组成结构由管理部门选择，但总长不超过4个字节。

3>国际移动设备识别码（IMEI）

IMEI是唯一的，用于识别移动设备的号码。用于监控被窃或无效的这一类移动设备， IMEI的构成如下图所示。

IMEI=TAC+FAC+SNR+SP（15位数）。

TAC FAC SNR SP

6位数字 2位数字 6位数字 1位数字

TAC - Type Approval Code (TAC) 型号批准码，由欧洲型号批准中心分配。 前2位为国家码。(例如：Nokia的,Ericsson的,Motorola的,又各式各样不同型号的 批准码又不尽相同,如同是Ericsson的,GH388和GF388就不一样，虽然只差有无盖; 但只要是同一型号的,前六码一定一样,如果不一样,可能是冒牌货!)

FAC - Final Assembly Code (FAC)最后装配码，表示生产厂或最后装配地， 由厂家编码。如40的话,是Motorola在英国(UK)的工厂,07也是Motorola的工厂,在 德国，67的话也是,在美国本地。对Nokia，FAC是51。 SNR - Serial Number (SNR)序号码，独立地、唯一地识别每个TAC和FAC移 动设备，所以同一个牌子的同一型号的SNR是不可能一样的。

SP - Spare备用码，通常是0。

4>移动台PSTN/ISDN号码（MSISDN）

MSISDN用于公用交换电信网（PSTN）或综合业务数字网（ISDN）拨向GSM 系统的号码，构成如下：

MSISDN=CC+NDC+SN（总长不超过15位数字）

CC=国家码（如中国为86），NDC=国内地区码，SN=用户号码

5>移动台漫游号码（MSRN）

当移动台漫游到另一个移动交换中心业务区时，该移动交换中心将给移动台分配 一个临时漫游号码，用于路由选择。漫游号码格式与被访地的移动台PSTN/ISDN号码格 式相同。当移动台离开该区后，被访位置寄存器（VLR）和原地位置寄存器（HLR）都 要删除该漫游号码，以便可再分配给其它移动台使用。

MSRN分配过程如下：

市话用户通过公用交换电信网发MSISDN号至GSMC、HLR。HLR请求被访MSC/VLR分配 一个临时性漫游号码，分配后将该号码送至HLR。HLR一方面向MSC发送该移动台有关参 数，如国际移动用户识别码（IMSI）；另一方面HLR向GMSC告知该移动台漫游号码， GMSC即可选择路由，完成市话用户->GMSC->MSC->移动台接续任务。

6>位置区识别码（LAI）

LAI用于移动用户的位置更新。LAI=MCC+MNC+LAC 。MCC=移动国家码，识别国家， 与IMSI中的三位数字相同。MNC=移动网号，识别不同的GSMPLMN网，与IMSI中的MNC相 同。LAC=位置区号码，识别一个GSMPLMN网中的位置区。LAC的最大长度为16bits,一 个GSMPLMN中可以定义65536个不同的位置区。

7>小区全球识别码（CGI）

CGI是用来识别一个位置区内的小区。它是在位置区识别码（LAI）后加上一个小 区识别码（CI)。

CGC=MCC+MNC+LAC+CI。

CI=小区识别码，识别一个位置区内的小区，最多为16bits。

8>基站识别码（BSIC）

BSIC用于移动台识别不同的相邻基站，BSIC采用6比特编码。

（二）GSM系统信道分类

蜂窝通信系统要传输不同类型的信息，包括业务信息和各种控制信息，因而要在物理 信道上安排相应的逻辑信道。这些逻辑信道有的用于呼叫接续阶段，有的用于通信进行 当中，也有的用于系统运行的全部时间内。

1、业务信道（TCH）传输话音和数据

话音业务信道按速率的不同，可分为全速率话音业务信道（TCH/FS）和半速率话音 业务信道（TCH/HS）。

同样，数据业务信道按速率的不同，也分为全速率数据业务信道（如TCH/F9.6， TCH/F4.8，TCH/F2.4）和半速率数据业务信道（如 TCH/H4.8,TCH/H2.4)（这里的数 字9.6,4.8和2.4表示数据速率，单位为kb/s)。

2、控制信道（CCH）传输各种信令信息

控制信道分为三类：

1）广播信息（BCH）是一种“一点对多点”的单方向控制信道，用于基站向所有移 动台广播公用信息。传输的内容是移动台入网和呼叫建立所需要的各种信息。其中又分 为：

a、频率校正信道（FCCH）：传输供移动台校正其工作频率的信息；

b、同步信道（SCH）：传输供移动台进行同步和对基站进行识别的信息；

c、广播控制信道（BCCH）：传输通用信息，用于移动台测量信号强度和识别小区 标志等。

2）公共控制信道（CCCH）是一种“一点对多点”的双向控制信道，其用途是在呼 叫接续阶段，传输链路连接所需要的控制信令与信息。其中又分为：

a、寻呼信道（PCH）：传输基站寻呼移动台的信息；

b、随机接入信道（RACH）：移动台申请入网时，向基站发送入网请求信息；

c、准许接入信道（AGCH）：基站在呼叫接续开始时，向移动台发送分配专用控制 信道的信令。

3）专用控制信道（DCCH）是一种“点对点”的双向控制信道，其用途是在呼叫接 续阶段和在通信进行当中，在移动台和基站之间传输必需的控制信息。其中又分为：
a、独立专用控制信道（SDCCH）：传输移动台和基站连接和信道分配的信令；

b、慢速辅助控制信道（SACCH）：在移动台和基站之间，周期地传输一些特定的信 息，如功率调整、帧调整和测量数据等信息；SACCH是安排在业务信道和有关的控制信 道中，以复接方式传输信息。安排在业务信道时，以SACCH/T表示，安排在控制信道时， 以SACCH/C表示，SACCH/常与SDCCH联合使用。

c、快速辅助控制信道（FACCH）：传送与SDCCH相同的信息。使用时要中断业务信 息（4帧），把FACCH插入，不过，只有在没有分配SDCCH的情况下，才使用这种控制信 道。这种控制信道的传输速率较快，每次占用4帧时间，约18.5ms。

由此可见，GSM通信系统为了传输所需的各种信令，设置了多种专门的控制信道。 这样做，除因为数字传输为设置多各逻辑信道提供了可能外，主要是为了增强系统的控 制功能（比如后面将要提到的，为提高过境切换的速度而采用移动台辅助切换技术）， 也为了保证话音通信质量，在模拟蜂窝系统中，要在通话进行过程中，进行控制信息的 传输，必须中断话音信息的传输（100ms)，这就是所谓的“中断一猝发”的控制方式。 信道中断100ms，会使话音产生可以听得到的喀喇声。如果这种中断过于频繁，势必明 显地降低话音质量，因此，模拟蜂窝系统必须限制在通话过程中传输控制信息的容量。 与此不同，GSM蜂窝系统采用专用控制信道传输控制信息，除去FACCH外，不在通信过 程中中断话音信息，因而能保证话音的传输质量。其中FACCH虽然也采取“中断一猝发” 控制方式，但是只在特定场合下才使用，而且占用的时间短（18.5ms），其影响明显 减小。GSM蜂窝系统还采用信息处理技术，来估计并补偿这种因为插入FACCH而被删除 的话音。