蜂窝概念 - GSM 架构

GSM网络分为四大系统 −

• 交换系统（SS）

• 基站系统（BSS）

• 移动站（MS）

• 运维中心（OMC）

交换系统也称为网络和交换系统（NSS），负责执行呼叫处理和用户相关功能。 交换系统包括以下功能单元 −

• 移动交换中心

• 家庭位置登记

• 访客位置登记

• 设备身份注册

• 认证中心

移动交换中心

移动交换中心 (MSC) 为位于由其指定的 BSS 控制的地理区域内的所有移动站执行所有交换功能。 此外，它还与 PSTN、其他 MSC 和其他系统实体连接。

MSC的功能

• 考虑位置注册、订户和设备身份验证、切换和预付费服务，应对订户移动特性的呼叫处理。

• 管理呼叫期间所需的逻辑无线电链路信道。

• MSC-BSS信令协议的管理。

• 处理位置注册并确保移动站与 VLR 之间的互通。

• 控制 BSS 间和 MSC 间的切换。

• 充当网关MSC来询问HLR。 连接到PSTN/ISDN网络的MSC称为GMSC。 这是网络中唯一连接到 HLR 的 MSC。

• 充电等开关的标准功能。

归属位置寄存器 (HLR)

归属位置寄存器包含 −

• 移动用户的身份称为国际移动子身份 (IMSI)。

• 移动站的 ISDN 目录号码。

• 服务订阅信息。

• 服务限制。

• 呼叫路由的位置信息。

建议每个 GSM 网络一个 HLR，它可以是一个分布式数据库。 HLR中的永久数据通过人机界面进行更改。 位置信息等临时数据在 HLR 中动态变化。

访客位置寄存器 (VLR)

VLR 始终与 MSC 集成。 当移动站漫游到新的MSC区域时，连接到该MSC的VLR将从HLR请求关于移动站的数据。 随后，如果移动台发起呼叫，VLR 就会拥有呼叫建立所需的信息，而不必每次都询问 HLR。 VLR包含如下信息 −

• 移动子身份，

• 任何临时移动子身份，

• 移动设备的 ISDN 目录号码，

• 将呼叫路由至漫游站的目录号码，

• 当前位于MSC服务区的移动电话的HLR的部分数据。

设备身份注册

设备身份寄存器由称为国际移动设备身份（IMEI）的移动台设备的身份组成，该身份可能是有效的、可疑的和禁止的。 当移动台接入系统时，在提供服务之前会调用设备验证程序。

信息以三个列表的形式提供。

• 白名单-允许终端连接到网络。

• 灰名单 - 终端正在接受网络观察以发现可能存在的问题。

• 黑名单 - 报告被盗的终端未经类型批准。 他们不被允许连接到网络。 EIR 将列表通知给 VLR，其中包含特定的 IMEI。

认证中心

它与 HLR 关联。 它为每个移动订户存储一个称为身份验证密钥 (Ki) 的身份密钥。 该密钥用于生成身份验证三元组。

• RAND（随机数），

• SRES（签名响应）-验证 IMSI，

• Kc（加密密钥）- 对 MS 和网络之间的无线路径上的通信进行加密。

运维中心（OMC）

它是功能实体，网络运营商可以通过它执行以下功能来监视和控制系统 −

• 软件安装

• 流量管理

• 绩效数据分析

• 追踪用户和设备

• 配置管理

• 订阅者管理

• 移动设备管理

• 充电和计费管理

基站系统（BSS）

BSS连接MS和NSS。 它由以下部分组成 −

• 基站收发站（BTS）也称为基站。

• 基站控制器 (BSC)。

BTS 和 BSC 通过标准化 Abis 接口进行通信。 BTS由BSC控制，一个BSC可以控制多个BTS。

基站收发站 (BTS)

BTS 装有无线电收发器并处理与移动站的无线电链路协议。 每个BTS由无线电发射和接收设备组成，包括天线、信号处理器等。每个BTS可以支持1到16个RF载波。 区分 BTS 的参数包括功率电平、天线高度、天线类型和载波数量。

基站功能

• 它负责时间和频率同步。

• 传输时要进行信道编码、加密、复用和调制，接收时要进行反向调制。

• 它必须根据移动设备与 BTS 的距离提前安排传输（定时提前）。

• 它必须检测来自移动设备的随机接入请求，测量和监控无线电信道以进行功率控制和切换。

基站控制器

BSC 管理一个或一组 BTS 的无线资源。 它处理无线电信道设置、跳频、切换和射频功率电平控制。 BSC提供其BTS广播的时间和频率同步参考信号。 它在移动台和MSC之间建立连接。 BSC通过接口与MSC、BTS和OMC连接。

移动站

指无线用户使用的终端设备。 它包括 −

• SIM - 用户身份模块

• 移动设备

SIM卡是可拆卸的，有了合适的SIM卡，就可以使用各种移动设备访问网络。

设备身份未链接到订户。 该设备通过 IMEI 和 EIR 分别进行验证。 SIM 包含带有微处理器、随机存取存储器 (RAM) 和只读存储器 (ROM) 的集成电路芯片。 SIM卡应有效，并在接入网络时验证MS的有效性。

SIM 还存储与订阅者相关的信息，例如 IMSI、小区位置标识等。

移动站功能

• 无线电发射和接收

• 广播频道管理

• 语音编码/解码

• 无线电链路错误保护

• 数据流控制

• 用户数据对无线电链路的速率调整

• 移动管理

最多可测量六个周围 BTS 的性能并向 BSS 报告，MS 可以存储收到的简短字母数字消息并在液晶显示器 (LCD) 上显示，液晶显示器 (LCD) 用于显示呼叫拨号和状态信息。

欧洲 GSM 系统规定了五种不同类别的移动电话装置：20W、8W、5W、2W 和 0.8W。 这些对应于 43-dBm、39-dBm、37-dBm、33-dBm 和 29-dBm 功率级别。 20W 和 8W 装置（峰值功率）适合车载或便携式站使用。 MS 功率可按 2 dB 步长从标称值调整至 20mW (13 dBm)。 这是在 BTS 的远程控制下自动完成的。

转码器

代码转换器是插入以将 MSC 侧连接到移动侧的网络实体。 PSTN侧的语音编码率为64Kbps，GSM侧的语音编码率为13Kbps。 为了降低空中接口的数据速率并减少地面链路的负载（4:1），在适当的地方引入了代码转换器，主要是通过 MSC。

转码器是一种将 13-Kbps 语音或 3.6/6/12-Kbps 数据复用以及其中四个转换为标准 64-Kbps 数据的设备。首先，通过插入附加同步数据，将 3.6/6/12 Kbps 处的 13 Kbps 或数据提高到 16 Kbps 的水平，以弥补 13 Kbps 语音或较低速率数据之间的差异，然后将其中的四个在转发器中组合， 在 BSS 内提供 64 Kbps 信道。Four traffic channels can then be multiplexed in one 64-Kpbs circuit. Thus the TRAU output data rate is 64 Kbps.

然后，如果 A-bis 接口上提供了 CEPT1 通道，则最多可将 30 个此类 64-Kpbs 通道复用到 2.048 Mbps 上。 该通道最多可承载 120-(16x 120) 个流量和控制信号。 由于 PSTN 的数据速率通常为 2 Mbps，这是 30 x 64 Kbps 通道或 120 Kbps x 16 Kpbs 通道组合的结果。

其他网络元素

其他网络元素包括短信服务中心、语音邮箱和短信流等组件。

短信服务中心

它与具有互通功能的 MSC 接口，为移动用户提供短消息服务 (SMS)。 SMS 可以发送至传真机、互联网上的 PC 或其他 MS。 接收MS的位置由MSC查询并下发。

语音信箱

当移动用户因忙/不在服务区而无法接听来电时，呼叫将被转移到已由用户激活的邮箱。 为此，已与 MSC 建立了单独的连接。 订阅者稍后将收到短信提醒并可以检索消息。

短信流程

• 当用户发送 SMS 时，请求是通过 MSC 发出的。

• MSC 将 SMS 转发到存储 SMS 的 SMSC。

• SMSC 查询 HLR 以找出目标移动设备所在位置，如果目标移动设备可用，则将消息转发到目标 MSC。

• 如果手机不可用，消息将存储在当前的 SMSC 中。 在大多数安装中，如果移动设备无法用于 SMS 传送，SMSC 不会重试。 相反，当移动设备返回范围内时，目标 MSC 会通知 SMSC。 SMS 处理是一种存储和转发操作，与 USSD 不同。

• 短信有一个有效期，在此期间它将等待目标手机可用。 此后 SMSC 将删除该消息。 有效期可由用户设定。 正常有效期为1天。