GSM 系統(tǒng)(GSM900/DCS1800)系統(tǒng)原理

GSM900和DCS1800就是我們平常講的雙頻網(wǎng)
絡(luò)，它們都是GSM標(biāo)準(zhǔn)。兩個系統(tǒng)
功能相同，主要是頻率不同，GSM900工作在900MHZ，DCS1800工作在1800MHZ。我國最
早使用
的是GSM900，隨著通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和用戶數(shù)量的迅速發(fā)展，原有的GSM900網(wǎng)絡(luò)頻率變得日
益緊
張，為更好地滿足用戶增長的需求，我國近期引入了DCS1800，并采用以GSM900網(wǎng)絡(luò)為
依托，
DCS1800網(wǎng)絡(luò)為補(bǔ)充的組網(wǎng)方式，構(gòu)成GSM900／DCS1800雙頻網(wǎng)，以緩和高話務(wù)密集區(qū)無
線信
道日趨緊張的狀況。只要用戶使用的是雙頻手機(jī)，就可在GSM900／DCS1800兩者之間自
由切
換，自動選擇最佳信道進(jìn)行通話，即使在通話中手機(jī)也可在兩個網(wǎng)絡(luò)之間自動切換而用
戶毫
無察覺，而且手機(jī)選擇了最佳信道，接通率得到了提高。為適應(yīng)這個趨勢，進(jìn)一步搶占
市場
份額，諾基亞、摩托羅拉、愛立信等世界著名移動電話設(shè)備生產(chǎn)廠商競相開發(fā)并推出多
頻段
手機(jī)。

（一）GSM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

GSM的歷史可以追溯到1982年，當(dāng)時，北歐四國向CEPT（Conference Europe
of Post and Telecommunications)提交了一份建議書，要求制定900MHZ頻段的歐洲
公共電信業(yè)務(wù)規(guī)范，以建立全歐統(tǒng)一的蜂窩系統(tǒng)。同年，成立了移動通信特別小組（GSM-Group
Special Mobile)。在1982年～1985年期間，討論焦點(diǎn)是制定模擬蜂窩網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)還是制定
數(shù)字蜂窩網(wǎng)
標(biāo)準(zhǔn)問題，直到1986年決定為制定數(shù)字蜂窩網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。1986年，在巴黎對不同公司、不
同
方案的系統(tǒng)（8個）進(jìn)行了比較，包括現(xiàn)場試驗(yàn)。1987年5月選定窄帶TDMA方案。與此
同
時，18個國家簽署了諒解備忘錄，相互達(dá)成履行規(guī)范的協(xié)議。1988年頒布了GSM標(biāo)準(zhǔn)，
也稱泛歐數(shù)字蜂窩通信標(biāo)準(zhǔn)。在現(xiàn)階段，GSM包括兩個并行的系統(tǒng)：GSM900和
DCS1800，
這兩個系統(tǒng)功能相同，主要是頻率不同。在GSM建議中，未對硬件作出規(guī)定，只對功能
和接口制定了詳細(xì)規(guī)定，這樣便于不同產(chǎn)品可以互通。GSM建議共有12個系統(tǒng)。

1.GSM系統(tǒng)的主要組成

　GSM數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的主要組成部分可分為移動臺、基站子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)。
基站子系統(tǒng)（簡稱基站BS）由基站收發(fā)臺（BTS）和基站控制器（BSC）組成；網(wǎng)絡(luò)子
系
統(tǒng)由移動交換中心（MSC）和操作維護(hù)中心（OMC）以及原地位置寄存器（HLR）、訪問
位置寄存器（VLR）、鑒權(quán)中心（AUC）和設(shè)備標(biāo)志寄存器（EIR）等組成。

*移動臺（MS）即便攜臺（手機(jī)）或車載臺。也可以配有終端設(shè)備（TE）或終端
適配器（TA）。

　移動臺是物理設(shè)備，它還必須包含用戶識別模塊（SIM），SIM卡和硬件設(shè)備一起
組
成移動臺。沒有SIM卡，MS是不能接入GSM網(wǎng)絡(luò)的（緊急業(yè)務(wù)除外）。

　*基站收發(fā)臺（BTS）包括無線傳輸所需要的各種硬件和軟件，如發(fā)射機(jī)、接收
機(jī)、
支持各種上小區(qū)結(jié)構(gòu)（如全向、扇形、星狀和鏈狀）所需要的天線，連接基站控制器的
接口
電路以及收發(fā)臺本身所需要的檢測和控制裝置等。

　*基站控制器（BSC）是基站收發(fā)臺和移動交換中心之間的連接點(diǎn)，也為基站收發(fā)
臺
和操作維修中心之間交換信息提供接口。一個基站控制器通常控制幾個基站收發(fā)臺，其
主要功能是進(jìn)行無線信道管理、實(shí)施呼叫和通信鏈路的建立和拆除，并為本控制區(qū)內(nèi)移
動臺的過區(qū)切換進(jìn)行控制等。

*移動交換中心（MSC）是蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的核心，其主要功能是對位于本MSC控制
區(qū)域內(nèi)的移動用戶進(jìn)行通信控制和管理。例如：

1）信道的管理和分配；

2）呼叫的處理和控制；

3）過區(qū)切換和漫游的控制；

4）用戶位置信息的登記與管理；

5）用戶號碼和移動設(shè)備號碼的登記和管理；

6）服務(wù)類型的控制；

7）對用戶實(shí)施鑒權(quán)；

8）為系統(tǒng)中連接別的MSC及為其它公用通信網(wǎng)絡(luò)，如公用交換電信網(wǎng)（PSTN）、綜
合
業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）和公用數(shù)據(jù)網(wǎng)（PDN）提供鏈路接口，保證用戶在轉(zhuǎn)移或漫游的
過程中實(shí)現(xiàn)無間隙的服務(wù)。

由此可見，MSC的功能與固定網(wǎng)絡(luò)的交換設(shè)備有相似之處（如呼叫的接續(xù)和信息
的交換），也有特殊的要求（如無線資源的管理和適應(yīng)用戶移動性的控制）。

　*原地位置寄存器（HLR）是一種用來存儲本地用戶位置信息的數(shù)據(jù)庫。在蜂窩通
信網(wǎng)中，通常設(shè)置若干個HLR，每個用戶都必須在某個HLR（相當(dāng)于該用戶的原籍）中登
記。登記的內(nèi)容分為兩類：一種是永久性的參數(shù)，如用戶號碼、移動設(shè)備號碼、接入的
優(yōu)先等級、預(yù)定的業(yè)務(wù)類型以及保密參數(shù)等；另一種是暫時性的需要隨時更新的參數(shù)，
即用戶當(dāng)前所處位置的有關(guān)參數(shù)，即使用戶漫游到HLR所服務(wù)的區(qū)域外，HLR也要登記由
該區(qū)傳送來的位置信息。這樣做的目的是保證當(dāng)呼叫任一個不知處于哪一個地區(qū)的移動
用戶時，均可由該移動用戶的原地位置寄存器獲知它當(dāng)時處于哪一個地區(qū)，進(jìn)而建立起
通信鏈路。

　*訪問位置寄存（VLR）是一種用于存儲來訪用戶位置信息的數(shù)據(jù)庫。一個VLR通
常為一個MSC控制區(qū)服務(wù)，也可為幾個相鄰MSC控制區(qū)服務(wù)。當(dāng)移動用戶漫游到新的MSC
控制區(qū)時，它必須向該地區(qū)的VLR申請登記。VLR要從該用戶的HLR查詢有關(guān)的參數(shù)，要
給該用戶分配一個新的漫游號碼（MSRN），并通知其HLR修改該用戶的位置信息，準(zhǔn)備
為其它用戶呼叫此移動用戶時提供路由信息。如果移動用戶由一個VLR服務(wù)區(qū)移動到另
一個VLR服務(wù)區(qū)時，HLR在修改該用戶的位置信息后，還要通知原來的VLR，刪除此移動
用戶的位置信息。

　*鑒權(quán)中心（AUC）的作用是可靠地識別用戶的身份，只允許有權(quán)用戶接入網(wǎng)絡(luò)并
獲得服務(wù)。

*設(shè)備標(biāo)志寄存器（EIR）是存儲移動臺設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)庫，用于對移動設(shè)備的鑒
別和監(jiān)視，并拒絕非移動臺入網(wǎng)。

　*操作和維護(hù)中心（OMC）的任務(wù)是對全網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控和操作，例如系統(tǒng)的自檢、報(bào)
警與備用設(shè)備的激活、系統(tǒng)的故障診斷與處理、話務(wù)量的統(tǒng)計(jì)和計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)的記錄與傳
遞，以及各種資料的收集、分析與顯示等。

　以上概括地介紹了數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中各個部分的主要功能。在實(shí)際的通信網(wǎng)絡(luò)中，
由于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不同，營運(yùn)環(huán)境的不同和設(shè)備生產(chǎn)廠家的不同，以上各個部分可以有
不同的配置方法，比如把MSC和VLR合并在一起，或者把HLR、EIR和AUC合并在一起。不
過，為了各個廠家所生產(chǎn)的設(shè)備可以通用，上述各組成部分的連接都必須嚴(yán)格地符合
規(guī)定的接口標(biāo)準(zhǔn)。GSM系統(tǒng)遵循CCITT建議的公用陸地移動通信網(wǎng)（PLMN）接口標(biāo)準(zhǔn)，
采用7號信令支持PLMN接口進(jìn)行所需的數(shù)據(jù)傳輸。共分：

1）移動臺與基站之間的接口（Um);

2)基站與移動交換中心之間的接口（A）；

3）基站收發(fā)臺與基站控制器之間的接口（ABis)（基站收發(fā)臺與基站控制器不配置
在一
起時，使用此接口）；

4）移動交換中心與訪問位置寄存器之間的接口（B）；

5）移動交換中心與原地位置寄存器之間的接口（C）；

6）原地位置寄存器與訪問位置寄存器之間的接口（D）；

7）移動交換中心之間的接口（E）；

8）移動交換中心與設(shè)備標(biāo)志寄存器之間的接口（F）；

9）訪問位置寄存器之間的接口（G）

。 有關(guān)接口標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)規(guī)定可查閱GSM標(biāo)準(zhǔn)，這里不作介紹。

2.GSM的區(qū)域、號碼、地址與識別

1）區(qū)域劃分 從地理位置范圍來看，GSM系統(tǒng)分為GSM服務(wù)區(qū)，公用陸地移動網(wǎng)
（PLMN）業(yè)務(wù)區(qū)、移動
交換控制區(qū)（MSC區(qū)）、位置區(qū)（LA）、基站區(qū)和小區(qū)。

*GSM服務(wù)區(qū) 　　由聯(lián)網(wǎng)的GSM全部成員國組成，移動用戶只要在服務(wù)區(qū)內(nèi)，就能得
到系統(tǒng)的各種服
務(wù)，包括完成國際漫游。

*PLMN業(yè)務(wù)區(qū)　

由GSM系統(tǒng)構(gòu)成的公用陸地移動網(wǎng)（GSM/PLMN）處于國際或國內(nèi)匯接交換機(jī)的級別
上，該區(qū)域?yàn)镻LMN業(yè)務(wù)區(qū)，它可以與公用交換電信網(wǎng)（PSTN）、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)
（ISDN）
和公用數(shù)據(jù)網(wǎng)（PDNN）互連，在該區(qū)域內(nèi)，有共同的編號方法及路由規(guī)劃。一個PLMN
業(yè)務(wù)區(qū)包括多個MSC業(yè)務(wù)區(qū)，甚至可擴(kuò)展全國。

*MSC業(yè)務(wù)區(qū)

在該區(qū)域內(nèi)，有共同的編號方法及路由規(guī)劃。由一個移動交換中心控制區(qū)域稱為
MSC業(yè)務(wù)區(qū)。一個MSC區(qū)可以由一個或多個位置區(qū)組成。

　*位置區(qū)

每一個MSC業(yè)務(wù)區(qū)分成若干位置區(qū)（LA），位置區(qū)由若干基站區(qū)組成，它與一個或
若干個基站控制器（BSC）有關(guān)。在位置區(qū)內(nèi)移動臺移動時，不需要作位置更新。當(dāng)尋
呼移動用戶時，位置區(qū)內(nèi)全部基站可以同時發(fā)尋呼信號。系統(tǒng)中，位置區(qū)域以位置區(qū)
識別碼（LAI）來區(qū)分MSC業(yè)務(wù)區(qū)的不同位置區(qū)。

　*基站區(qū)

一般指一個基站控制器所控制若干個小區(qū)的區(qū)域稱為基站區(qū)。

　*小區(qū)

小區(qū)也叫蜂窩區(qū)，理想形狀是正六邊形，一個小區(qū)包含一個基站，每個基站包含
若干套收，發(fā)信機(jī)，其有效覆蓋范圍決定于發(fā)射功率、天線高度等因素，一般為幾公
里�；�站可位于正六邊形中心，采用全向天線，稱為中心激勵；也可位于正六邊形頂
點(diǎn)（相隔設(shè)置），采用120度或60度定向天線，稱為頂點(diǎn)激勵。

若小區(qū)內(nèi)業(yè)務(wù)量激增時，小區(qū)可以縮�。ㄒ环譃樗模�，新的小區(qū)俗稱“小小區(qū)”，
在蜂窩網(wǎng)中稱為小區(qū)分裂。

2）識別號碼

GSM網(wǎng)絡(luò)是十分復(fù)雜的，它包括交換系統(tǒng)，基站子系統(tǒng)和移動臺。移動用戶可以
與市話網(wǎng)用戶、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)用戶和其它移動用戶進(jìn)行接續(xù)呼叫，因此必須具有多
種識別號碼。

1>國際移動用戶識別碼（IMSI）

國際移動用戶識別碼是用于識別GSM/PLMN網(wǎng)中用戶，簡稱用戶識別碼，根據(jù)GSM
建議，IMSI最大長度為15位十進(jìn)制數(shù)字。

MCC MNC MSIN/NMSI

3位數(shù)字 1或者2位數(shù)字 10-11位數(shù)字

MCC-移動國家碼，3位數(shù)字。如中國的MCC為460。

MNC-移動網(wǎng)號，最多2位數(shù)字。用于識別歸屬的移動通信網(wǎng)（PLMN）。

MSIN-移動用戶識別碼。用于識別移動通信網(wǎng)中的移動用戶。

NMSI-國內(nèi)移動用戶識別碼。由移動網(wǎng)號和移動用戶識別碼組成。

2>臨時用戶識別碼（TMSI）

為安全起見，在空中傳送用戶識別碼時用TMSI來代替IMSI，因?yàn)門MSI只在本地有效
（即
在該MSC/VLR區(qū)域內(nèi)），其組成結(jié)構(gòu)由管理部門選擇，但總長不超過4個字節(jié)。

3>國際移動設(shè)備識別碼（IMEI）

IMEI是唯一的，用于識別移動設(shè)備的號碼。用于監(jiān)控被竊或無效的這一類移動設(shè)備，

TAC - Type Approval Code (TAC) 型號批準(zhǔn)碼，由歐洲型號批準(zhǔn)中心分配。
前2位為國家碼。(例如：Nokia的,Ericsson的,Motorola的,又各式各樣不同型號的
批準(zhǔn)碼又不盡相同,如同是Ericsson的,GH388和GF388就不一樣，雖然只差有無蓋;
但只要是同一型號的,前六碼一定一樣,如果不一樣,可能是冒牌貨!) FAC
- Final Assembly Code (FAC)最后裝配碼，表示生產(chǎn)廠或最后裝配地，
由廠家編碼。如40的話,是Motorola在英國(UK)的工廠,07也是Motorola的工廠,在
德國，67的話也是,在美國本地。對Nokia，F(xiàn)AC是51。

SNR - Serial Number (SNR)序號碼，獨(dú)立地、唯一地識別每個TAC和FAC移
動設(shè)備，所以同一個牌子的同一型號的SNR是不可能一樣的。

SP - Spare備用碼，通常是0。

4>移動臺PSTN/ISDN號碼（MSISDN）

MSISDN用于公用交換電信網(wǎng)（PSTN）或綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）撥向GSM
系統(tǒng)的號碼，構(gòu)成如下：

MSISDN=CC+NDC+SN（總長不超過15位數(shù)字）

CC=國家碼（如中國為86），NDC=國內(nèi)地區(qū)碼，SN=用戶號碼

5>移動臺漫游號碼（MSRN）

當(dāng)移動臺漫游到另一個移動交換中心業(yè)務(wù)區(qū)時，該移動交換中心將給移動臺分配
一個臨時漫游號碼，用于路由選擇。漫游號碼格式與被訪地的移動臺PSTN/ISDN號碼格
式相同。當(dāng)移動臺離開該區(qū)后，被訪位置寄存器（VLR）和原地位置寄存器（HLR）都
要刪除該漫游號碼，以便可再分配給其它移動臺使用。

MSRN分配過程如下：

市話用戶通過公用交換電信網(wǎng)發(fā)MSISDN號至GSMC、HLR。HLR請求被訪MSC/VLR分配
一個臨時性漫游號碼，分配后將該號碼送至HLR。HLR一方面向MSC發(fā)送該移動臺有關(guān)參
數(shù)，如國際移動用戶識別碼（IMSI）；另一方面HLR向GMSC告知該移動臺漫游號碼，
GMSC即可選擇路由，完成市話用戶->GMSC->MSC->移動臺接續(xù)任務(wù)。

6>位置區(qū)識別碼（LAI）

LAI用于移動用戶的位置更新。 LAI=MCC+MNC+LAC 。MCC=移動國家碼，識別國
家，
與IMSI中的三位數(shù)字相同。MNC=移動網(wǎng)號，識別不同的GSMPLMN網(wǎng)，與IMSI中的MNC相
同。LAC=位置區(qū)號碼，識別一個GSMPLMN網(wǎng)中的位置區(qū)。LAC的最大長度為16bits,一
個GSMPLMN中可以定義65536個不同的位置區(qū)。

　7>小區(qū)全球識別碼（CGI）

CGI是用來識別一個位置區(qū)內(nèi)的小區(qū)。它是在位置區(qū)識別碼（LAI）后加上一個小
區(qū)識別碼（CI)

　CGC=MCC+MNC+LAC+CI。

　CI=小區(qū)識別碼，識別一個位置區(qū)內(nèi)的小區(qū)，最多為16bits。

　8>基站識別碼（BSIC）

BSIC用于移動臺識別不同的相鄰基站，BSIC采用6比特編碼。

（二）GSM系統(tǒng)信道分類

　蜂窩通信系統(tǒng)要傳輸不同類型的信息，包括業(yè)務(wù)信息和各種控制信息，因而要在物
理
信道上安排相應(yīng)的邏輯信道。這些邏輯信道有的用于呼叫接續(xù)階段，有的用于通信進(jìn)行
當(dāng)中，也有的用于系統(tǒng)運(yùn)行的全部時間內(nèi)。

1、業(yè)務(wù)信道（TCH）傳輸話音和數(shù)據(jù)

　話音業(yè)務(wù)信道按速率的不同，可分為全速率話音業(yè)務(wù)信道（TCH/FS）和半速率話
音
業(yè)務(wù)信道（TCH/HS）。

　同樣，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道按速率的不同，也分為全速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道（如TCH/F9.6，
TCH/F4.8，TCH/F2.4）和半速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信道（如 TCH/H4.8,TCH/H2.4)（這里的數(shù)
字9.6,4.8和2.4表示數(shù)據(jù)速率，單位為kb/s)。

2、控制信道（CCH）傳輸各種信令信息

控制信道分為三類：

1）廣播信息（BCH）是一種“一點(diǎn)對多點(diǎn)”的單方向控制信道，用于基站向所有移
動臺廣播公用信息。傳輸?shù)膬?nèi)容是移動臺入網(wǎng)和呼叫建立所需要的各種信息。其中又分
為：

a、頻率校正信道（FCCH）：傳輸供移動臺校正其工作頻率的信息

　b、同步信道（SCH）：傳輸供移動臺進(jìn)行同步和對基站進(jìn)行識別的信息；

c、廣播控制信道（BCCH）：傳輸通用信息，用于移動臺測量信號強(qiáng)度和識別小區(qū)
標(biāo)志等。

2）公共控制信道（CCCH）是一種“一點(diǎn)對多點(diǎn)”的雙向控制信道，其用途是在呼
叫接續(xù)階段，傳輸鏈路連接所需要的控制信令與信息。其中又分為：

　a、尋呼信道（PCH）：傳輸基站尋呼移動臺的信息；

b、隨機(jī)接入信道（RACH）：移動臺申請入網(wǎng)時，向基站發(fā)送入網(wǎng)請求信息；

c、準(zhǔn)許接入信道（AGCH）：基站在呼叫接續(xù)開始時，向移動臺發(fā)送分配專用控制
信道的信令。

3）專用控制信道（DCCH）是一種“點(diǎn)對點(diǎn)”的雙向控制信道，其用途是在呼叫接
續(xù)階段和在通信進(jìn)行當(dāng)中，在移動臺和基站之間傳輸必需的控制信息。其中又分為

　a、獨(dú)立專用控制信道（SDCCH）：傳輸移動臺和基站連接和信道分配的信令；

　b、慢速輔助控制信道（SACCH）：在移動臺和基站之間，周期地傳輸一些特定的
信
息，如功率調(diào)整、幀調(diào)整和測量數(shù)據(jù)等信息；SACCH是安排在業(yè)務(wù)信道和有關(guān)的控制信
道中，以復(fù)接方式傳輸信息。安排在業(yè)務(wù)信道時，以SACCH/T表示，安排在控制信道
時，
以SACCH/C表示，SACCH/常與SDCCH聯(lián)合使用。

　c、快速輔助控制信道（FACCH）：傳送與SDCCH相同的信息。使用時要中斷業(yè)務(wù)
信
息（4幀），把FACCH插入，不過，只有在沒有分配SDCCH的情況下，才使用這種控制信
道。這種控制信道的傳輸速率較快，每次占用4幀時間，約18.5ms。